GIS 设备局部放电检测技术初探

GIS 设备局部放电检测技术初探

杨恺晋

国网山西省电力公司检修分公司，山西太原 030000

摘要：如今，GIS设备由于结构紧凑、噪声低、可靠性高等特点，已经越来越多的运用到水利工程的变电站中，如何准确掌握设备的运行状态，如何分年限、分状态对设备开展运行检测与维护，这些问题逐步引起管理单位的高度重视。作为诊断绝缘故障的主要方法――局部放电检测技术，被广大GIS设备制造商以及使用者所青睐。本文就对GIS局部放电检测进行简单分析与讨论。         关键词：GIS设备；局部放电；检测技术

1 GIS局部放电常见检测技术 1.1 化学检测法 在GIS发生局部放电时，SF6气体会发生分解并生成不同的气体，不同绝缘缺陷导致的气体生成物的组成和浓度不相同。化学检测法通过分析气体生成物的含量来确定局部放电的严重程度。该方法可以避免受到电气机械噪声干扰，但检测耗时较长，且只是一种定性的检测方法。另外，GIS中的吸附剂和干燥剂可能会影响化学方法的测量，脉冲放电产生的分解物会被大量的SF6气体所稀释，因此，化学检测法的灵敏度较差，且不适用于长期监测。 1.2 光学检测法 局部放电会产生光辐射，且不同放电发出的光波长是不同的。光学检测法的原理是借助安装在GIS内的光传感器进行光测量，在进行光电转化后，通过检测光电流的特性实现局部放电的模式识别。但是由于射线会被SF6气体和玻璃强烈地吸收，会出现“死角”。因此，光学法对已知放电源位置的检测比较有效，但不具备对故障的定位能力。光学检测法灵敏度不高，实际应用的较少。 1.3 脉冲电流法 脉冲电流法是局部放电检测中研究最早的一种方法。脉冲电流法借助检测阻抗来检测局部放电引起的脉冲电流信号，并在GIS外壳上安装耦合电容传感器，用于检测GIS发生局部放电时的放电量。脉冲电流法检测的频率范围为40kHz~1MHz。该方法具有较高的灵敏度，容易对测量系统进行标定，并可以测量视在放电量，但该方法容易受电磁干扰，不能用于对局部放电源进行定位，同时该方法需要高质量的无局部放电电压源和耦合电容器等设备，对于现场处于运行状态的GIS设备，难以将局部放电信号从噪声中提取出来，必需从运行系统中切除GIS进行离线测量，影响系统稳定运行。因此，该方法主要用于实验室试验或工厂对GIS进行出厂检测。 1.4  超声波检测法 当GIS内部产生局部放电信号时，会因分子间的剧烈碰撞在宏观瞬间形成一种压力而产生频带较宽（20~250kHz）的超声波脉冲，因此可以利用安装在GIS外壳上的超声波传感器来检测内部发生的放电信号。对放大后的超声波信号进行频谱分析，即可根据频谱特性判断绝缘缺陷类型。除此以外，超声波法还可以用于对放电源进行定位。由于传感器与GIS设备的电气回路无任何直接连接，超声波法具有受GIS外部电磁噪声源影响较小、安全性较高，且在线检测与离线检测的结果相同等优点，适用于周期性运行检查。但超声波检测的灵敏度不仅取决于局部放电产生的能量，而且与信号传播的路径有很大关系。由于超声信号在SF6气体中传播速率很低（约140m/s），信号通过气体和绝缘子时衰减严重，且信号中的高频部分随距离增加衰减很快，到达传感器的超声信号很微弱，在某些情况下很难检测到信号，系统灵敏度难以令人满意，能检测到的放电种类有限，一般仅用于现场测试。 1.5  超高频（UHF）检测法 该方法是目前局部放电检测的主流方法之一。GIS设备内充有一定压力的绝缘性能和灭弧能力良好的SF6气体，因而发生在GIS内部的局部放电与空气中的电晕放电有所不同。空气中的电晕放电，频率一般在200MHz以下，而发生在GIS内的放电脉冲信号上升时间和持续时间都极短仅几个纳秒，相对应的频域十分宽广。一般采用频率范围300MHZ~3GHZ的特高频传感器来接收该局放信号，这样就避免了空气中电晕放电的干扰。该方法的原理是根据局部放电所激发的电磁波的上述特性，使用特高频传感器来接收特高频信号，同时对接收到的信号进行分析以确定绝缘缺陷类型。该检测方法的优点是抗电磁干扰能力强，灵敏度高；其缺点是与传统脉冲电流法相比，无法对局部放电进行放电量大小的标定，同时由于信号衰减较小，传播范围较广，不能实现准确定位。

2 GIS局部放电过程中存在的一些问题 在近几年进行的检测中，对于发电站发出的超声波和超高频进行检测发现，部分变电站的周围存在一些异常的超高频信号，超过了正常设备的频率值，导致相应工作的不能进行。为了找到相应的设备，有关人员进行了反复检查，并且与周围的设备都产生了对比，确定出来了存在异常的设备，并对其进行了有关检测，找到了该设备的生产日期，以及使用年限，对其进行了有关维修问题。 分析异常GIS设备的时候，首先就要对其进行第一次复测，但是该步骤不可以将异常信号进行分析和诊断，因此还需要进行复核，复核就是再一次的利用有关仪器对设备进行有关检查。在这个过程中，可以检测到有关放电信号，再通过设备获得相应的频率图。通过复测可以总结出出现故障的主要原因包括：对于GIS的内部放电，不是有关的电磁和机械振动信号引起的，是另外的一些因素。还有就是由于局部放电的效果比较强，机械的振动频率比较大，危害性特别的大，在运行的过程中特别容易产生安全事故，造成一定的安全隐患问题，所以对设备进行有关检测必不可少，还必须要重视起来。 3 对于GIS局部放电过程中存在问题的应对方法 3.1加强设备的有关管理制度

一些生产内部的元件或是组装的过程中容易产生表面受损或是污染问题，造成绝缘体的异常发电，进而引起内部放电问题。因此，在GIS内部进行组装的时候，就要严格检查绝缘件受损情况，防止一些不合格的产品进入设备，同时有关检查人员一定要在产品出厂前，进行严格的标准规定。 3.2加强GIS设备局部放电检测的应用

在上文中，已经提到了很多关于放电检测的方法，比如电气测量法、超高频法、光电测量法、接收振动信号法等等，这些方法都取得了一定的成效，效果非常的明显。最常用的超高频法，具有很强的实用性。通过仪器对SF6气体进行检测和分析，对GIS局部放电设备放电隐患有很好的作用。SF6气体主要分解产物为SO2、SOF2、H2S、CO等气体组分，正常情况下，SF6气体杂质含量比较小，对设备不产生影响。 3.3加强设备现场安装和验收管理 对于GIS设备，安装的环境一定要有一定的标准要求，比如：温度不能太过于高或者是低，控制在一定的范围内，风速一般不能超过5m/s等等，要满足这样的外界环境要求，也可以相应的配备一些外部设施，以达到设备所需要的外部条件，更好的达到利用率。除了设备的配置，还要控制设备暴露在空气中的时间，严格按照有关设备的安装要求，制备相应的有关作业的指导书，重点对各种连接件外观进行检查，达到有关说明书的各项要求。

4 结语 综上所述，GIS局部放电检测方法的分类很多，相比之下脉冲电流法具有较高的灵敏度，超高频法灵敏度适中，而超声波检测法是应用最广、测量最有效的方法。所以，为了能够准确地确定GIS局部放电的严重程度应该综合应用多种检测方法。

参考文献： [1]王卫东，赵现平，王达达，王科，谭向宇，彭晶. GIS局部放电检测方法的分析研究[J]. 高压电器，2012，48（08）：13-17+23. [2]陈敏，陈隽，刘常颖，卢军. GIS超声波、超高频局部放电检测方法适用性研究与现场应用[J]. 高压电器，2015，51（08）：186-191.