湯會(huì)增

（國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，鄭州 450007）

幾種500 kV GIS局部放電檢測方法的應(yīng)用比較

湯會(huì)增

（國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，鄭州 450007）

分析了超聲波、超高頻以及SF6氣體分解物組份分析3種在線檢測方法的原理及特點(diǎn)。搭建了GIS局放檢測模擬試驗(yàn)平臺(tái)，模擬設(shè)置4種GIS內(nèi)部絕緣缺陷，運(yùn)用這3種檢測方法進(jìn)行檢測并對(duì)檢測頻譜圖分析，得出500 kV某變電站局放在線檢測裝置誤報(bào)漏報(bào)的原因。利用超聲波傳感器、超高頻傳感器和氣體傳感器（SF6氣體分解物組份檢測）能夠接收現(xiàn)場不同類型局部放電信號(hào)這一特點(diǎn)，提出基于3種不同類型傳感器信息融合的在線檢測方法，以解決GIS局放在線監(jiān)測裝置存在的問題。

GIS局部放電；超聲波；超高頻；SF6氣體分解物組份

0 引言

GIS（氣體絕緣組合電器）是將斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、母線等多種設(shè)備全部封閉在充滿SF6氣體(作為絕緣和滅弧介質(zhì))金屬外殼中的組合式開關(guān)電器[1]，500 kV GIS是超特高壓輸變電工程中的關(guān)鍵設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障，將可能造成電網(wǎng)重大事故發(fā)生。

絕緣降低是GIS設(shè)備故障的主要原因，對(duì)GIS進(jìn)行PD（在線局部放電）檢測可有效掌握GIS內(nèi)部絕緣狀況，預(yù)防GIS故障跳閘造成電網(wǎng)事故。GIS局部放電會(huì)產(chǎn)生聲波和電磁信號(hào)，跳動(dòng)粒子和局部放電為2個(gè)聲波發(fā)射源，在腔體外壁中傳播的聲波除縱波外還有橫波，超聲波檢測法通過超聲波探頭檢測PD產(chǎn)生的超聲波及振動(dòng)信號(hào)來檢測PD信號(hào)[2]，UHF（超高頻法）通過天線接收PD產(chǎn)生的300～3 000 MHz頻段UHF電磁波信號(hào)來檢測PD信號(hào)[3]。由于不同絕緣缺陷引起的PD會(huì)產(chǎn)生不同的分解氣體，SF6分解物檢測法通過檢測GIS內(nèi)部SF6氣體分解生成的各種特征氣體含量，來判斷是否有PD信號(hào)[4]。

這3種方法是GIS局部放電檢測較為有效的方法。目前超聲波、超高頻2種檢測方法工程應(yīng)用較為普遍，技術(shù)也比較成熟，但工程應(yīng)用中也存在一些問題，而SF6氣體分解物組份檢測法是正在興起且發(fā)展趨勢(shì)良好的在線檢測方法[5]。

1 在線檢測裝置應(yīng)用現(xiàn)狀

500 kV某高壓變電站站內(nèi)共有3組（約75個(gè)氣室）500 kV GIS設(shè)備，共裝設(shè)2套不同原理的PD在線檢測裝置，分別是在第1組GIS設(shè)備上的超高頻在檢測裝置和在第2、第3組GIS設(shè)備上的超聲波在檢測裝置。2套裝置投運(yùn)以來發(fā)生過多次誤報(bào)漏報(bào)現(xiàn)象，對(duì)運(yùn)維人員掌握GIS設(shè)備運(yùn)行工況造成錯(cuò)誤判斷，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

例1：某日超聲波裝置顯示500 kV 50311隔接氣室C相放電量為64PC，脈沖個(gè)數(shù)為98，超過警戒值。采用DMS便攜式超高頻檢測儀、頻譜分析、UE Ultra 9000超聲波檢測儀等多種儀器，對(duì)50311 C相氣室進(jìn)行了現(xiàn)場檢測，同時(shí)采用Techimp高頻電流法對(duì)50311 C相倉室兩側(cè)的2個(gè)接地點(diǎn)進(jìn)行測試，均發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在PD信號(hào)。僅發(fā)現(xiàn)50311 C相氣室存在微弱的超聲波信號(hào)，經(jīng)分析為振動(dòng)引起的輕微異常信號(hào)，超聲波在線檢測裝置誤報(bào)故障信號(hào)。

例2：某日500 kV 1號(hào)主變壓器電氣量保護(hù)動(dòng)作，主變壓器失電?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)5011斷路器B相盆式絕緣子破裂閃絡(luò)放電，而裝設(shè)在5011間隔的超高頻在線監(jiān)測裝置，無論在故障發(fā)生前還是發(fā)生后，均未進(jìn)行任何告警。

例3：某日500 kV 50222氣室與TA氣室之間的盆式絕緣子故障，原因?yàn)榻^緣子內(nèi)部存在氣泡，且氣室內(nèi)存在金屬自由顆粒放電。此次故障中，超高頻在線檢測裝置及時(shí)報(bào)告出故障，查看報(bào)告顯示為盆式絕緣子附著物故障，故障位置判別不明確，在50222氣室及其兩側(cè)3個(gè)氣室均報(bào)放電；應(yīng)用超聲波UE Ultra 9000檢測儀進(jìn)行在線測試，判別故障類型為自由金屬顆粒放電，同樣為3個(gè)氣室均存在放電現(xiàn)象，而且判別故障位置在TA氣室所占比例較大。通過對(duì)3個(gè)氣室進(jìn)行SF6分解物組份測試，發(fā)現(xiàn)TA氣室有分解物產(chǎn)生，判別為氣室自由顆粒故障。通過對(duì)3種方法綜合分析，最終判斷為TA氣室與50222氣室之間的盆式絕緣子故障，并且氣室內(nèi)有自由顆粒放電。本次故障雖然超聲波和超高頻2種檢測裝置都報(bào)出了放電信號(hào)，但其對(duì)故障定位和類型識(shí)別并不十分準(zhǔn)確，沒有達(dá)到高壓設(shè)備在線檢測裝置的要求。

2 模擬試驗(yàn)

2.1 模擬試驗(yàn)設(shè)備

搭建GIS高壓試驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)查找500 kV GIS設(shè)備PD在線檢測裝置誤報(bào)漏報(bào)原因。高壓試驗(yàn)系統(tǒng)由1套工頻耐壓及常規(guī)局部放電檢測系統(tǒng)、1臺(tái)便攜式超聲波局部放電檢測儀、1套超高頻局部放電檢測裝置、1套SF6分解組份檢測裝置以及實(shí)際500 kV GIS產(chǎn)品的通管模型構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ图皽y試系統(tǒng)電路

其中變壓器采用工頻試驗(yàn)變壓器200B4M-380 V/1 000 kV；耦合電容為工頻分壓電容（TAWF-500/ 600），限流濾波阻抗為工頻試驗(yàn)保護(hù)電阻（GR500-1/6）；超聲波局部放電檢測裝置由NU40A18TR低頻諧振式傳感器（頻率范圍17～220 kHz），諧振頻率40 kHz，靈敏度峰值＞-65 dB）、超聲波放大器、信號(hào)處理器和便攜式檢測儀AIA2組成，信號(hào)檢測頻段選在20～100 kHz；超高頻局部放電檢測裝置的帶寬約為340～440 MHz，中心頻率約為400 MHz左右，靈敏度大于-80 dB，由UHF信號(hào)放大器和便攜式后臺(tái)信號(hào)處理顯示以及示波器等組成；氣體分解組份檢測裝置，利用圖2所示碳納米管傳感器，進(jìn)氣口3與GIS模型中SF6壓力表計(jì)的放氣閥相連接，分別對(duì)4種缺陷下SOF2，SO2F2，CO2及CF4局部放電的特征氣體進(jìn)行分析，通過阻抗分析儀進(jìn)行處理顯示。GIS通管模塊外殼直徑為248 mm、長約3.5 m的通管和5個(gè)氣室構(gòu)成。

2.2 放電故障缺陷模型

在GIS模型內(nèi)部分別設(shè)置4種絕緣缺陷：

（1）導(dǎo)電桿上系1根長約為12 mm的銅絲，模擬突出物缺陷。

（2）絕緣子表面沾上直徑0.2 mm的銅絲，模擬附著物缺陷。

（3）環(huán)氧樹脂絕緣棒中設(shè)置1個(gè)長約15 mm、直徑為10 mm孔洞后再將表面封好，模擬絕緣子氣隙缺陷。

圖2 GIS中碳納米管傳感器檢測SF6分解組份裝置

（4）用數(shù)個(gè)約2×2和2×3的矩形薄鋁片，模擬微粒缺陷。

試驗(yàn)開始前先將人工設(shè)置的GIS缺陷模型放置在GIS模型中，對(duì)GIS模型進(jìn)行清潔、干燥、抽真空、用氮?dú)馇逑赐戤?，最后充?.6 MPa的SF6氣體，并靜置一段時(shí)間。

將超高頻傳感器固定在盆式絕緣子的法蘭上，天線正對(duì)盆式絕緣子，以獲得最大的增益，在GIS模型的各個(gè)氣室都放置1個(gè)SR-40超聲波傳感器，其中1個(gè)固定在距離故障最近的殼體上，然后關(guān)閉SF6分解組份檢測裝置放氣口10，打開GIS模型的放氣閥。試驗(yàn)過程中調(diào)節(jié)試驗(yàn)變壓器的升壓器緩慢調(diào)高電壓，4種缺陷在一定電壓下均發(fā)生了放電現(xiàn)象。

3 3 種檢測方法檢測圖譜分析

3.1 超聲波檢測結(jié)果及分析

超聲波裝置檢測出如圖3所示放電灰度。

（1）圖3（a）絕緣子氣隙缺陷在相位的正半周上和負(fù)半周都有放電現(xiàn)象，正半周較負(fù)半周的局部放電點(diǎn)總數(shù)多、相對(duì)脈沖幅值大。

（2）圖3（b）絕緣子附著污染物缺陷局部放電產(chǎn)生的灰度圖比較分散，電壓較低時(shí)放電不明顯，局部放電次數(shù)在相位上的分布范圍較寬，放電特點(diǎn)并不明顯。

圖3 各種缺陷下的局部放電灰度

通過圖譜分析可知，超聲波檢測法對(duì)自由金屬顆粒缺陷引起的PD檢測效果最明顯，對(duì)絕緣子附著污染物缺陷放電檢測并不明顯。

3.2 超高頻檢測結(jié)果及分析

超高頻局放檢測裝置檢測出如圖4所示PRPD（局部放電相位分布）指紋圖。

（1）圖4（a）氣隙缺陷中,在工頻相位的正、負(fù)半周均有稀少幅值相近的放電信號(hào)，且都在電壓峰值附近出現(xiàn)，放電次數(shù)隨電壓升高而增多。

（2）圖4（b）絕緣子表面附著物缺陷中，電壓低時(shí)在工頻相位的負(fù)半周附近出現(xiàn)稀少的放電量，電壓升高正半周出現(xiàn)放電現(xiàn)象，且幅值相對(duì)較大一些；直至臨近閃絡(luò)時(shí)放電量密集出現(xiàn)在正負(fù)半周工頻峰值附近，而且幅值和次數(shù)十分相近。

（3）圖4（c）金屬突出物缺陷中，電壓低時(shí)只有工頻負(fù)半周峰值附近有放電現(xiàn)象，升高電壓后正半周也出現(xiàn)少量放電，且幅值比負(fù)半周較大；升高電壓后正、負(fù)半周的放電次數(shù)均有所增加，且負(fù)半周放電次數(shù)較多些。

（4）圖4（d）自由金屬微粒缺陷中，放電信號(hào)在整個(gè)工頻周期內(nèi)呈現(xiàn)出分散性、隨機(jī)性，放電量密集出現(xiàn)在工頻正、負(fù)半周的峰值處。

圖4 GIS 4種缺陷下的PRPD

圖5 4種典型缺陷下氣體分解組份含量

通過圖譜分析可知，超高頻檢測法中對(duì)金屬突出物缺陷引起的PD檢測效果最為明顯，對(duì)自由金屬微粒缺陷放電檢測效果最差。

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，新課程改革深入推進(jìn)，漢語言文學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)中，語言應(yīng)用意境的了解是十分重要的，明白語言意境來源于生活的同時(shí)，又超越生活，在此基礎(chǔ)上，閱讀漢語言文學(xué)作品過程中，深入了解創(chuàng)作者的內(nèi)心世界變化。作為一名高中學(xué)生，語言意境分析能力的提高與靈活應(yīng)用，對(duì)于學(xué)生自身鑒賞能力的培養(yǎng)、語文綜合素養(yǎng)的提高具有深遠(yuǎn)的意義。

3.3 SF6分解物組份檢測結(jié)果及分析

利用圖2所示碳納米管傳感器檢測SF6分解組分裝置，對(duì)4種缺陷下SOF2，SO2F2，CO2及CF4特征氣體含量進(jìn)行分析。

通過圖5典型缺陷下氣體分解組份含量圖譜分析可知，不同絕緣缺陷下的PD使SF6分解物組分及其所占比例均有所不同，如表1所示。金屬突出物缺陷產(chǎn)生的PD最穩(wěn)定，且放電能量大，PD下SF6產(chǎn)氣量大、分解速率高；自由導(dǎo)電微粒缺陷單次PD放電強(qiáng)度高，SOF2和SO2F2氣體組分含量較高；表面附著物缺陷由于PD發(fā)生時(shí)與固體絕緣材料反應(yīng)，故CF4含量明顯增加；絕緣子氣隙缺陷PD強(qiáng)度較高，但產(chǎn)氣量相對(duì)較小。

表1 4種典型缺陷下氣體分解物含量

4 裝置誤報(bào)漏報(bào)原因分析

通過上述試驗(yàn)，對(duì)例3的GIS故障中3種方法的檢測結(jié)果分析如下：

（1）超高頻檢測結(jié)果為絕緣子附著物故障，故障位置不具體，原因?yàn)椋捍朔椒z測盆式絕緣子故障在正負(fù)半周都有放電現(xiàn)象，特征明顯容易判別，但是絕緣子氣隙和表面附著物缺陷的圖譜特征差異并不明顯；自由微粒缺陷故障圖譜特征最不明顯，所以沒有檢測出來。超高頻方法對(duì)視在放電量的理論研究并未完善，因此在故障定位方面還有待進(jìn)一步發(fā)展。

（2）超聲波檢測結(jié)果為自由金屬顆粒放電，故障位置是TA氣室和50222氣室。原因?yàn)椋捍朔椒z測灰度圖中4種缺陷在正負(fù)半周內(nèi)均有放電現(xiàn)象，自由金屬顆粒缺陷特征最為明顯，具有良好的對(duì)稱性；絕緣子氣隙和金屬突出物缺陷圖譜特征大致相似，細(xì)微區(qū)分在于正負(fù)半周放電量大小，因此對(duì)自由顆粒缺陷識(shí)別靈敏度高，對(duì)絕緣子氣隙識(shí)別靈敏度差。TA氣室為故障氣室，故而內(nèi)放電強(qiáng)烈、超聲波信號(hào)強(qiáng)，受聲波傳播途徑及相鄰50222氣室盆式絕緣子故障放電影響，50222氣室內(nèi)超聲波信號(hào)也異常強(qiáng)烈，因此故障位置判別為TA氣室和50222氣室。

（3）由于只有在故障氣室才會(huì)產(chǎn)生SF6分解物組份，通過對(duì)故障氣室及鄰近氣室的SF6分解物組份檢測，發(fā)現(xiàn)TA氣室內(nèi)有分解產(chǎn)物，所以故障定位為TA氣室。根據(jù) 4種特征氣體含量判別為自由顆粒放電故障，此檢測法對(duì)絕緣子氣隙故障靈敏度極低，故不能夠判斷出TA氣室與50222氣室之間式絕緣子發(fā)生了故障。

對(duì)例1超聲波裝置誤報(bào)以及例2超高頻裝置漏報(bào)的問題，分析原因如下：超聲波法受現(xiàn)場噪聲和振動(dòng)信號(hào)干擾會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)現(xiàn)象，本次誤報(bào)原因?yàn)?0311 C相氣室外界振動(dòng)信號(hào)干擾造成；漏報(bào)原因一般是探頭故障或者信號(hào)傳輸設(shè)備故障等因素，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)超高頻探頭故障。

由此可以得知：超聲波檢測法對(duì)自由金屬顆粒缺陷引起的PD檢測效果最明顯，對(duì)絕緣子附著污染物缺陷放電檢測并不明顯；超高頻檢測法中對(duì)金屬突出物缺陷缺陷引起的PD檢測效果最為明顯，對(duì)自由金屬微粒缺陷放電檢測效果最差；SF6分解物組份檢測法對(duì)高壓導(dǎo)體突出物和自由導(dǎo)電微粒缺陷下PD檢測效果明顯，對(duì)絕緣子氣隙缺陷放電檢測檢測效果較差，同時(shí)在線檢測裝置須滿足時(shí)效性要求，而上述試驗(yàn)一般是在PD發(fā)生15 h后，SF6氣體分解物含量達(dá)到一定數(shù)量，才能夠進(jìn)行PD有效識(shí)別。

因此，單一運(yùn)用超聲波、超高頻、SF6分解物組份檢測這3種在線檢測方法，不能對(duì)GIS設(shè)備PD故障類型進(jìn)行完全有效識(shí)別，對(duì)故障定位及檢測時(shí)效性也不能滿足在線檢測裝置的要求。

5 多傳感器信息融合檢測方法

多信息融合是將來自某一目標(biāo)的多源信息加以智能合成，若其中1類傳感器裝置出現(xiàn)故障時(shí)，其它2類裝置會(huì)繼續(xù)進(jìn)行檢測，避免了漏報(bào)現(xiàn)象發(fā)生。利用3種檢測法之間互補(bǔ)性的特點(diǎn)，運(yùn)用信息融合的方法對(duì)3種不同類型傳感器采集數(shù)據(jù)融合決策，可以揚(yáng)長避短、資源互補(bǔ)，彌補(bǔ)單一類型檢測方法辨識(shí)度方面的不足。

可以采用超聲波、超高頻和SF6分解物組份聯(lián)合在線檢測方法，其中1類在線檢測裝置出現(xiàn)故障不能進(jìn)行故障檢測時(shí)，其余2類在線檢測裝置會(huì)同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行故障檢測，從而解決了在線檢測裝置漏報(bào)的問題。

聯(lián)合在線檢測方法的故障判別規(guī)則是：當(dāng)3種檢測裝置都進(jìn)行局部放電告警時(shí)，判別有局部放電發(fā)生；當(dāng)3種檢測方法都沒有局部放電信號(hào)時(shí)，則判別為無放電現(xiàn)象；當(dāng)3種檢測方法中一類或者2類有局部放電告警信號(hào)時(shí)，則通過智能決策系統(tǒng)進(jìn)行分析判別。

6 結(jié)論

對(duì)500 kV某變電站PD檢測裝置誤報(bào)漏報(bào)問題展開了研究，搭建試驗(yàn)平臺(tái)模擬了幾種典型絕緣缺陷故障，通過對(duì)3種方法檢測圖譜分析，得出在線檢測裝置誤報(bào)漏報(bào)的原因。3種檢測方法在故障定位和故障類型識(shí)別方面，都有各自的優(yōu)勢(shì)和不足之處且具有互補(bǔ)性。根據(jù)超聲波傳感器、超高頻傳感器和氣體傳感器能夠接收現(xiàn)場不同類型局部放電信號(hào)這一特點(diǎn)，提出基于3種不同類型傳感器信息融合的在線檢測方法，可解決目前GIS在線監(jiān)測裝置存在的問題。

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（本文編輯：楊 勇）

Application Comparison of Partial Discharge Detection Methods for 500 kV GIS

TANG Huizeng

（Maintenance Company of State Grid Henan Electric Power Corporation，Zhengzhou 450007，China)

This paper analyses the principle and features of three on-line detecting methods of ultrasonic，ultrahigh frequency，SF6discharge breakdown products.A test platform is built and four internal insulation faults of GIS are simulated for detection through the three ways and analysis via spectrogram.The reason why the on-line detecting device misreports or fails to report on a 500 kV substation partial discharge is detected. Finally，based on the feature that the ultrasound sensor，ultrahigh frequency sensor and gas sensor（SF6discharge breakdown product detection）can receive different types of field partial discharge signals，an on-line detecting method that combines information from the three different types of sensors is proposed to solve the problems existing in current GIS online partial discharge monitoring device.

GIS partial discharge；ultrasonic wave；ultrahigh frequency；SF6breakdown product component

TM855+.1

B

1007-1881（2016）08-0007-06

2016-04-12

湯會(huì)增（1982），男，工程師，從事電力設(shè)備在線檢測技術(shù)研究和超特高壓變電運(yùn)維檢修工作。