謝耀恒，徐 波，段肖力，吳水鋒，孫利朋

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

超聲波和特高頻在GIS局部放電檢測中的聯(lián)合應用

謝耀恒，徐 波，段肖力，吳水鋒，孫利朋

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

介紹了特高頻和超聲波在GIS缺陷檢測中的聯(lián)合診斷方法，現(xiàn)場應用該方法成功發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部局部放電缺陷，并采用時差法對放電源進行定位，最終準確找到并解體消除缺陷，避免嚴重事故的發(fā)生?，F(xiàn)場應用表明，該方法能有效地診斷出GIS內(nèi)部缺陷。

局部放電；超聲波；特高頻；帶電檢測；故障診斷

GIS(gas insulated switchgear)設備的安全運行對整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定至關重要，一旦發(fā)生故障，將引起大面積停電事故。由于GIS設備機構的特殊性，其停電檢修時除需要投入大量的人力物力外，還需要較長的維修時間，造成較大經(jīng)濟損失〔1〕。GIS在設備制造、運輸、安裝、運行等環(huán)節(jié)均可能產(chǎn)生設備安全隱患，造成絕緣缺陷。主要缺陷形式包括:固體絕緣件內(nèi)部放電、懸浮電位、尖端放電、自由微粒等。放電過程中會激發(fā)電磁波，并產(chǎn)生超聲波信號，高能量放電還會伴隨SF6氣體分解，產(chǎn)生相應的化學產(chǎn)物。目前現(xiàn)場較多采用特高頻、超聲波、氣體分解物檢測技術對GIS設備進行局部放電故障檢測和定位〔2-3〕。

文中結合某220 kV變電站GIS設備內(nèi)部缺陷檢測案例，介紹GIS局部放電缺陷超聲波和特高頻聯(lián)合檢測(以下簡稱聲電聯(lián)合檢測)、診斷和定位的方法及過程，并結合設備解體情況分析缺陷產(chǎn)生原因。

1 局部放電檢測方法

1.1 超聲波法

超聲波局部放電檢測法是利用壓電式傳感器，接收放電時產(chǎn)生的脈沖波，該方法可通過定位超聲波來源確定放電位置，且受周圍電磁干擾影響較小，但超聲波信號傳播途徑復雜，且容易受到其他振動信號的干擾〔4-5〕。

1.2 特高頻法

特高頻檢測法是通過接收局部放電發(fā)生過程中輻射的特高頻電磁波實現(xiàn)對局部放電的有效檢測，檢測頻段一般為300 MHz～3 GHz，由于現(xiàn)場的電暈干擾主要集中在300 MHz頻段以下，因此特高頻法能有效地避開現(xiàn)場的電暈等干擾，常用于GIS、全封閉罐式斷路器、變壓器等設備的局放帶電檢測，但其定位精確度有限，需結合其他方法共同定位局放發(fā)生位置〔6-7〕。

1.3 聲電聯(lián)合檢測法

聲電聯(lián)合法是同時提取局放信號的特高頻信息和超聲信息，通過對兩種信號的對比分析，判斷信號是否具有一致性，能更加有效地排除現(xiàn)場干擾，提高缺陷類型識別的準確性。

采取聲電聯(lián)合定位技術能將特高頻法快速定位和超聲法精確定位的特點有效結合，首先利用特高頻法初步定位放電發(fā)生位置，再通過測量不同位置超聲波的傳播時差，結合信號傳播路徑，計算局部放電發(fā)生位置，從而提高局部放電定位的準確性。

2 現(xiàn)場檢測案例

對某220 kV變電站GIS設備進行例行帶電檢測工作時，通過超聲波和特高頻檢測發(fā)現(xiàn)110 kV GIS 516間隔C相出線氣室內(nèi)存在內(nèi)部嚴重局部放電缺陷，并通過聲電聯(lián)合診斷及定位，定位故障點位于C相套管底座下部支撐絕緣子與導電桿連接處，放電類型為懸浮放電。幾天后解體檢查后，發(fā)現(xiàn)該516 C相出線氣室內(nèi)支撐絕緣子屏蔽罩與導電桿連接處等電位彈簧螺栓松動，導電桿及屏蔽罩上有明顯燒傷痕跡，支撐絕緣子上布滿放電粉塵?，F(xiàn)場對故障部位處理后，恢復后復測無異常信號，避免了一起電網(wǎng)設備事故。

110 kV GIS 516間隔C相出線氣室和傳感器布置如圖1所示。采用超聲波法和特高頻法分別對516間隔C相出線氣室進行了檢測，檢測到的超聲波和特高頻信號如圖2，3所示。

根據(jù)超聲波和特高頻檢測結果分析，超聲波連續(xù)圖譜100 Hz相關性明顯，相位圖譜1個工頻周期內(nèi)有兩簇波峰，特高頻圖譜1個工頻周期內(nèi)有2簇幅值等高信號，符合懸浮電位典型放電特征，由此可判斷516間隔C相出線氣室存在內(nèi)部局部放電缺陷，缺陷類型為懸浮電位放電。

圖1 出線間隔及檢測位置示意圖

圖2 超聲局放檢測圖譜

圖3 特高頻局放檢測圖譜

為了精確查找內(nèi)部放電位置，借助高速示波器采用超聲波和特高頻聯(lián)合定位技術對放電源進行了定位。首先特高頻傳感器和超聲波傳感器布置如圖1所示，檢測到的信號如圖4所示。由圖4可知，特高頻和超聲均檢測到了局放信號，并且能一一對應，說明兩者檢測到的為同一信號；另外，每10 ms出現(xiàn)了一次放電，特高頻信號間隔等寬、脈沖幅值幾乎相等，說明該信號為典型懸浮放電，通過原始時域波形分析也驗證了之前的檢測結果。

圖4 多周期特高頻和超聲波時域波形圖

通過聲電聯(lián)合定位，將特高頻信號作為放電起始點，根據(jù)特高頻信號與超聲波信號間的時延差計算出放電源位置，由此可初步定位出放電源在套管附近。由于516間隔C相出線氣室沒有盆式絕緣子，進一步精確定位采用兩個超聲波傳感器進行，布置示意圖如圖5所示，超聲時域信號波形如圖6所示(通道3-1號超聲傳感器、通道4-2號超聲傳感器)。通過多次移動超聲傳感器根據(jù)兩個超聲波傳感器時延差定位，定位結果表明異常信號點位置在圖5中2號超聲傳感器附近，即支撐絕緣子屏蔽罩與導電桿連接處。

圖5 超聲定位傳感器布置

圖6 定位時域波形圖

3 設備解體檢查情況

對516出線間隔進行解體檢查，根據(jù)超聲波定位結果，打開516間隔出線氣室C相側面蓋板，對GIS內(nèi)部進行檢查，如圖7所示，發(fā)現(xiàn)516 C相靠套管側水平導電桿與支撐絕緣子連接處有較多放電粉塵，對C相水平導電桿拆除發(fā)現(xiàn)，水平導電桿與屏蔽罩等電位螺栓彈簧已燒蝕。

圖7 現(xiàn)場解體情況

4 原因分析及缺陷處理

516出線間隔內(nèi)部結構如圖8所示。根據(jù)GIS帶電檢測及定位結果，并結合解體分析，判斷該缺陷原因為:導電桿與支撐絕緣子屏蔽罩通過連接螺栓彈簧等電位連接，由于516 GIS C相水平導電桿與支撐絕緣子屏蔽罩產(chǎn)生錯位，導致導電桿與屏蔽罩等電位螺栓彈簧接觸不良，產(chǎn)生懸浮放電；放電導致螺栓彈簧燒蝕，屏蔽罩完全懸浮，隨后在導電桿離屏蔽罩距離較近處繼續(xù)產(chǎn)生懸浮放電，放電產(chǎn)生大量金屬粉塵。

圖8 GIS內(nèi)部結構示意圖

更換損壞的螺栓，對導電桿表面進行處理，徹底清理放電形成的粉塵，對氣室氮洗抽真空后注入合格SF6氣體，靜止24 h后進行SF6氣體微水及分解產(chǎn)物、交流耐壓、回路電阻試驗，試驗合格后投入運行，運行后再次對該間隔進行GIS超聲波及超高頻局放檢測，無異常。

5 結語

1)特高頻和超聲波法兩種帶電檢測技術聯(lián)合檢測，可有效發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部潛伏性缺陷，提高缺陷診出率，并可根據(jù)特高頻和超聲波實現(xiàn)缺陷定位，為GIS檢修提供重要參考。

2)故障診斷應充分結合帶電檢測、在線監(jiān)測、停電試驗等多種方式，必要時通過解體檢查來查找故障部位，分析故障原因，避免遺漏設備可能存在的缺陷。

3)懸浮電位缺陷本身發(fā)生事故的概率較小，但在本次事件中，懸浮電位放電強度較大，可能會產(chǎn)生金屬粉塵導致閃絡擊穿、金屬部件如屏蔽罩接觸不良(或松動)可能導致金屬部件脫落等引發(fā)事故風險。

4)GIS設備出廠及交接試驗不一定能發(fā)現(xiàn)設備隱藏的缺陷。設備投運后，設備狀態(tài)可能發(fā)生較大變化，因此在設備投運后應加強帶電檢測。

〔1〕唐炬，魏鋼，侍海軍，等.氣體絕緣組合電器局部放電的超高頻檢測〔J〕.重慶大學學報(自然科學版)，2004，27 (4):1-5.

〔2〕司文榮，李軍浩，袁鵬，等.氣體絕緣組合電器多局部放電源的檢測與識別〔J〕.中國電機工程學報，2009，29(16): 119-126.

〔3〕李立學，滕樂天，黃成軍，等.GIS局部放電超高頻信號的包絡分析與缺陷識別〔J〕.高電壓技術，2009.35(2):260-265.

〔4〕司文榮，黃華，傅晨釗，等.超聲檢測進行氣體絕緣組合電器典型絕緣缺陷識別〔J〕.高壓電器，2011，47(12): 11-18.

〔5〕黎大健，梁基重，步科偉，等.GIS中典型缺陷局部放電的超聲波檢測〔J〕.高壓電器，2009，45(1):72-75.

〔6〕李忠，陳杰華，胡迪軍，等.基于超高頻檢測技術研究GIS中的局部放電〔J〕.電力系統(tǒng)自動化，2004，28(1):41-44.

〔7〕錢勇，黃成軍，江秀臣，等.基于超高頻法的GIS局部放電在線監(jiān)測研究現(xiàn)狀及展望〔J〕.電網(wǎng)技術，2005，29(1): 40-43.

Combined application of ultrasonic and ultra high frequency techniques in the partial discharge detection of gas insulated switchgear

XIE Yaoheng，XU Bo，DUAN Xiaoli，WU Shuifeng，SUN Lipeng
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，Hunan，China)

The combined diagnostic method for partial discharge(PD)detection of gas insulated switchgear(GIS)is presented in this paper.The inner fault of GIS was found by the combined diagnostic method，the discharge power was located by the time difference method，and the potential defect is eliminated in the end to prevent serious accidents.The live application shows that the method presented in the paper can diagnose the defects in GIS more successfully.

partial discharge(PD)；ultrasonic wave；ultra high frequency(UHF)；live detection；fault diagnosis

TM855.1

B

1008-0198(2016)02-0063-03

謝耀恒(1985)，男，博士，工程師，主要從事電力設備狀態(tài)檢測和診斷技術研究工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.02.016

2015-12-29 改回日期:2016-02-24