云南文山電力股份有限公司 李月芹

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局 蔣體浩 朱洪明

基于GIS設(shè)備局部放電在線監(jiān)測研究與應(yīng)用

云南文山電力股份有限公司 李月芹

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局 蔣體浩 朱洪明

氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）因為具有許多優(yōu)點，在現(xiàn)代變電站中得到了廣泛的應(yīng)用。GIS設(shè)備局部放電對電力設(shè)備有很大的危害，有必要對其進(jìn)行在線監(jiān)測。本文介紹了一種超高頻局部放電在線監(jiān)測技術(shù)，并根據(jù)應(yīng)用實例說明其優(yōu)越性。

GIS設(shè)備；局部放電；超高頻法；在線監(jiān)測

1 引言

氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）的使用非常廣泛，具有很多突出的優(yōu)點，比如：結(jié)構(gòu)比較緊湊、占地面積小、運行可靠、維護(hù)簡單等。然而正是由于GIS的這一特點，在其全封閉式的結(jié)構(gòu)特點下，一旦發(fā)生內(nèi)部故障，處理起來將是很棘手。尤其是當(dāng)GIS發(fā)生局部放電時，其絕緣結(jié)構(gòu)就會遭到破壞，并導(dǎo)致SF6氣體分解，更嚴(yán)重的是會影響設(shè)備內(nèi)部電場分布，最終導(dǎo)致絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿，造成嚴(yán)重的后果;因此對GIS設(shè)備實施局部放電在線監(jiān)測及進(jìn)行持續(xù)研究是十分必要的。

氣體絕緣全封閉組合電器局部放電的檢測的方法有多種，如超高頻法、超聲法、化學(xué)檢測法、SF6氣體的檢測、震動法、脈沖電流檢測法等。目前，大量采用超高頻(UHF)局部放電在線監(jiān)測技術(shù)對GIS局部放電實施監(jiān)測與診斷，現(xiàn)場通過在線采集局部放電過程產(chǎn)生的超高頻電磁波信號來反映局部放電，并且能有效地避開現(xiàn)場的電暈因素等影響，可以提前預(yù)警事故發(fā)生前設(shè)備健康狀況電氣量的變化，通過應(yīng)用在線監(jiān)測技術(shù)，對GIS設(shè)備運行中的各種電氣量進(jìn)行實時跟蹤檢測，及時有效的預(yù)控設(shè)備可能出現(xiàn)的各種異?；蚬收险髡?，運行人員通過實時監(jiān)控設(shè)備的絕緣健康狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備健康狀況的變化趨勢并立即處理設(shè)備可能出現(xiàn)的故障。

本文通過超高頻局部放電檢測法在氣體絕緣全封閉組合電器檢測的應(yīng)用實踐，介紹基于超高頻的GIS局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，該方法采用特定的無線傳感器接收GIS設(shè)備局部放電發(fā)出的UHF電磁波信號來反映局部放電，超高頻法檢測頻段比較高、抗干擾能力強、靈敏度、需要的傳感器檢測點少。UHF檢測的優(yōu)點使其得到了廣泛的應(yīng)用。能實時監(jiān)測設(shè)備絕緣狀態(tài)，為及時處理設(shè)備故障提供條件。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 局部放電

局部放電是指設(shè)備局部的絕緣被擊穿，而并未在導(dǎo)體絕緣間造成貫穿性導(dǎo)電通道的現(xiàn)象。GIS設(shè)備絕緣在足夠強的電場作用下局部范圍內(nèi)發(fā)生的放電,每一次對絕緣介質(zhì)都會有一些影響。輕微的局部放電使GIS設(shè)備絕緣強度的緩慢下降，而嚴(yán)重的局部放電則會使設(shè)備的絕緣強度迅速下降，最終造成絕緣損壞。每次放電時，高能量電子和加速電子的沖擊都會引起多種形式的物理效應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)，破壞絕緣的分子結(jié)構(gòu)，加速絕緣損壞過程。GIS設(shè)備一旦發(fā)生絕緣故障，引起的停電時間長，檢修費用高，損失巨大。為了防止GIS絕緣故障的發(fā)生，隨時掌握設(shè)備的運行工況，對GIS進(jìn)行局部放電在線監(jiān)測是很必要的。

綜合分析發(fā)現(xiàn)，由于設(shè)備的制造工藝以及安裝條件的不同影響，是造成GIS設(shè)備局部放電的主要原因，要盡量防止在安裝時使一些異物或灰塵進(jìn)入母線筒，造成導(dǎo)體部分的損傷，以致發(fā)生局部放電，威肋設(shè)備以及系統(tǒng)的安全。對GIS設(shè)備進(jìn)行局部放電在線監(jiān)測，可以監(jiān)測GIS設(shè)備內(nèi)部的情況，為及時出去可能存在的安全隱患提提供條件，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

2.2 GIS設(shè)備內(nèi)部缺陷產(chǎn)生局部放電的特征

GIS設(shè)備發(fā)生局部放電大多數(shù)都是由于內(nèi)部缺陷造成的，要對其局部放電進(jìn)行在線檢查首先就要了解設(shè)備內(nèi)部缺陷產(chǎn)生局部放電的特征：

(1)首先發(fā)生在帶導(dǎo)體周圍的電暈放電與空氣中的電暈放電相似，設(shè)備在施加電壓的正負(fù)峰值附近發(fā)生局放脈沖時，隨著施加電壓變化，局放脈沖量呈線性變化。

《意見稿》提到，快遞運單已注明為生鮮產(chǎn)品、貴重物品、易碎品、代收貨款等需要當(dāng)面交接的快件，不得使用智能快件箱收寄或者投遞，智能快件箱使用企業(yè)與用戶另有約定的除外?？旒霈F(xiàn)外包裝明顯破損、重量與快遞運單記載明顯不符等異常情況的，不得使用智能快件箱投遞快件。

(2)對于自由導(dǎo)電微粒和固體導(dǎo)體上金屬突起放電的相位分布有著顯著不同；GIS設(shè)備內(nèi)殘留的金屬碎屑或金屬顆粒產(chǎn)生的各種效應(yīng)是最為嚴(yán)重的；而絕緣子表面的工藝瑕疵有助于其表面電荷的聚集，嚴(yán)重時會形成表面沿面放電，誘發(fā)絕緣子表面的絕緣劣化，甚至擊穿。

3 應(yīng)用研究

3.1 在線監(jiān)測系統(tǒng)組成

在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作流程見下圖1所示。GIS設(shè)備監(jiān)測點將監(jiān)測到的超高頻電磁信號傳遞至超高頻傳感器；然后在超高頻傳感器的作用下轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號輸出，再由采集單元采集并處理，最后轉(zhuǎn)換成對應(yīng)數(shù)字信號后存儲到計算機(jī)中；由人工智能分析診斷軟件對存儲的數(shù)字信號進(jìn)行分析診斷。

分析可知，該系統(tǒng)組成的三個重要部分為：數(shù)據(jù)分析與診斷軟件、數(shù)據(jù)采集單元、超高頻傳感器。其中該系統(tǒng)中最重要的分析與診斷的軟件為人工智能化的控制軟件，可以進(jìn)行智能化分析和處理采集到的有關(guān)數(shù)據(jù)，并給出診斷結(jié)果和相應(yīng)措施。

圖1 在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作流程

GIS設(shè)備監(jiān)測點的主要組成包括：電流互感器、隔離開關(guān)、斷路器、接地開關(guān)、快速接地開關(guān)、母線以及分支母線等。

3.2 超高頻局部放電監(jiān)測系統(tǒng)的特點

超高頻局部放電（PDM）監(jiān)測系統(tǒng)主要有以下特點。

(2)PDM監(jiān)測系統(tǒng)以有效地屏蔽信號干擾，正確率高；

(3)PDM監(jiān)測系統(tǒng)因為靈敏度高，對于多種局部放電的信號都能夠準(zhǔn)確識別識別；

(4)PDM監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的共享功能，將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳至互聯(lián)網(wǎng)，通過遠(yuǎn)程訪問程序就可以任意訪問以聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測站，可以實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的集中化處理，方便查看設(shè)備的狀態(tài)，方便管理；

(5)對于GIS設(shè)備和電力變壓器，PDM監(jiān)測系統(tǒng)都可以監(jiān)測他們的局部放電情況，方便便捷；另外，對與兩種不同的設(shè)備，PDM監(jiān)測系統(tǒng)都可以實施檢測；

(6)PDM監(jiān)測系統(tǒng)的局部放電源定位功能使其得到了更加廣泛的應(yīng)用，為設(shè)備的檢修工作提供了方便。

3.3 超高頻局部放電監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用實例

超高頻局放監(jiān)測系統(tǒng)通過UHF耦合器采集3相的局部放電信號，通過同軸電纜連接到光電轉(zhuǎn)換裝置（OCU）。每個光電轉(zhuǎn)換裝置采集3個耦合器的UHF信號后進(jìn)行數(shù)字化處理，通過光電隔離濾除干擾源。然后，匯集到匯控柜，再通過光纜送到主控制室的設(shè)備機(jī)箱。在主控室的設(shè)備柜的主機(jī)將采集的各OCU數(shù)據(jù)壓縮保存到硬盤里；遠(yuǎn)端設(shè)備終端可通過網(wǎng)絡(luò)及時調(diào)用局放在線監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)和有關(guān)設(shè)備參數(shù)。當(dāng)檢測到現(xiàn)場設(shè)備存在局放時，通過系統(tǒng)配置的基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和基因算法的專家系統(tǒng)診斷軟件，對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類，評估分析結(jié)果，判斷缺陷類型。通過專家系統(tǒng)的趨勢分析功能，可以查找特性量的異常變化，一旦發(fā)現(xiàn)惡化趨向，即發(fā)出語音報警信號。如今在實際GIS產(chǎn)品中應(yīng)用的超高頻局放監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測頻帶的帶寬為500MHz～1500MHz。它利用的數(shù)據(jù)庫支持的專家系統(tǒng)，識別確切的局部放電信號，濾除外部干擾信號確保了較寬的監(jiān)測帶寬，使檢測系統(tǒng)的靈敏度更高；且該系統(tǒng)可不設(shè)置抗干擾檢測閥值，使該系統(tǒng)有更好的靈敏度和可靠性；通過配置適當(dāng)?shù)鸟詈掀鞑键c，可以準(zhǔn)確地檢測出在任何地方產(chǎn)生的≥3pC局部放電量。

為了驗證檢驗局放在線監(jiān)測的可靠性，我們?nèi)斯ぶ谱鞣烹婞c，放在GIS罐體內(nèi)部，在不同電壓等級下采集局放信號進(jìn)行比較。隨著電壓的升高放電信號開始出現(xiàn)，放電重復(fù)率逐漸增加，放電幅值增大，這都符合電暈放電的特點。說明該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的捕捉、識別放電信號。通過一些工程安裝的實例，超高頻局放監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r的反映GIS設(shè)備的局部放電情況，為GIS設(shè)備從“定期維修”過渡到“狀態(tài)維修”提供了條件，增強了GIS設(shè)備的智能化程度，為智能電網(wǎng)的推廣奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

利用超高頻在線監(jiān)測系統(tǒng)對GIS設(shè)備內(nèi)部放電過熱故障產(chǎn)生的雜質(zhì)最大可接受的質(zhì)量等級分解物進(jìn)行測量；對GIS設(shè)備局部放現(xiàn)象進(jìn)行檢測，并定位局部放電源、確定放電類型；實例證明超高頻在線監(jiān)測系統(tǒng)能對GIS設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)測。

[1]韓小蓮．GIS局部放電系統(tǒng)的研究[J]西安:西安交通大學(xué), 1995．

[2]趙曉輝,楊景剛,路秀麗,等．基于超高頻法的局部放電定位初步研究[J]．高壓電器,2008, 44 (4):370-373．

[3]金立軍,劉衛(wèi)東GIS金屬顆粒局部放電的試驗研究[J]．高壓電器,2002．38．

[4]何勝紅,洪海程,任亞英．帶電測試技術(shù)在GIS避雷器的應(yīng)用[J]．電瓷避雷器,2011(05)．

[5]林李波,GIS局部放電監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D]．華南理工大學(xué),2011．

李月芹（1974-），女，現(xiàn)供職于云南文山電力股份有限公司工程師。

蔣體浩（1976-），男，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局工程師。

朱洪明（1979-），男，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局工程師。