李魯博，王榮亮，宋曉博

（1.國網(wǎng)天津市電力公司檢修公司,天津 300000；2.國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院,天津 300000）

0 引言

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）具有占地面積小、運(yùn)行可靠性高、檢修維護(hù)成本低、受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。由于在設(shè)計(jì)、制造、安裝工藝方面的缺陷以及長期運(yùn)行的原因，GIS設(shè)備內(nèi)部會存在一系列導(dǎo)致局部放電的因素，主要有高壓導(dǎo)體上的突出物、金屬外殼上的突出物、浮動電極、自由金屬微粒、絕緣子上的微粒、絕緣子中的氣泡等。局部放電的發(fā)生會影響設(shè)備的絕緣性能和使用壽命，嚴(yán)重時會導(dǎo)致事故的發(fā)生[1]。通過對GIS運(yùn)行過程中發(fā)生的局部放電進(jìn)行檢測，預(yù)先判斷出缺陷的位置和故障類型，可有目的地切除故障，大大提高檢修的效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

目前，應(yīng)用于GIS局部放電帶電檢測中較為成熟的技術(shù)有超聲波局部放電檢測和特高頻局部放電檢測。相對超聲信號在通過氣體和絕緣子時衰減嚴(yán)重以及對絕緣子氣泡引起的局部放電不敏感等缺點(diǎn)，特高頻法因其抗干擾能力強(qiáng)，檢測效率高，檢測靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用作主要檢測手段[2-4]。

1 特高頻法檢測GIS缺陷

1.1 特高頻法檢測原理

當(dāng)GIS設(shè)備內(nèi)部存在局部放電時,擊穿過程很快,會產(chǎn)生很陡的脈沖電流,其上升時間在ns級，激發(fā)出頻率高達(dá)300～3 000 MHz的特高頻電磁波信號。GIS的同軸結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個良好的波導(dǎo)，特高頻電磁波信號在其內(nèi)部傳播時衰減很小，在經(jīng)過盆式絕緣子等非金屬連接部位時,特高頻電磁波信號會向外傳播。特高頻局部放電帶電檢測就是根據(jù)局部放電所激發(fā)的電磁波的這些特性,利用內(nèi)置或外置的特高頻傳感器來接收電磁波信號并對其進(jìn)行分析,從而判斷缺陷類型和進(jìn)行缺陷定位[5,6]。

1.2 特高頻局部放電定位方法

當(dāng)檢測到GIS內(nèi)部存在有局部放電信號以后，需要結(jié)合局放信號的特征類型以及設(shè)備的結(jié)構(gòu)對放電源進(jìn)行定位，分析判斷缺陷的嚴(yán)重程度，從而做出準(zhǔn)確的檢修策略。

1.2.1 粗略定位

在現(xiàn)場GIS局放檢測中，由于罐體連通，特高頻信號可在內(nèi)部向四面?zhèn)鞑ィ虼耸紫刃枰袛嘈盘柕膩碓捶较?。利用特高頻電磁波信號在傳播過程中的衰減，把傳感器分別放在各個盆式絕緣子處，比較各處檢測信號的大小，信號最大的位置即為靠近放電源的位置。

當(dāng)多個盆式絕緣子處的放電信號幅值無明顯差別時，可對相鄰位置的信號進(jìn)行先后比較從而確定放電源位置。如圖1所示，把傳感器A放在一個信號明顯的盆式絕緣子上，把傳感器B放在鄰近的盆式絕緣子上及鄰近空間不同位置，若A位置的信號始終先到達(dá)，那么表明放電源就在傳感器A所在的盆式絕緣子附近。反之，若鄰近盆式絕緣子中哪一處信號超前，則以該盆式絕緣子為中心，重復(fù)以上測量。以此類推。

圖1 信號先后比較法定位

利用粗略定位方法能夠方便地分辯信號的來源方向，判斷信號來自哪個氣室或者外部，為進(jìn)一步的檢測分析提供依據(jù)。

1.2.2 精確定位

如果在很大的空間范圍內(nèi)都能檢測到放電信號，比如判斷來自GIS外部的放電信號的具體位置時，可采用平分面法進(jìn)行精確定位。如圖2所示，先根據(jù)粗略定位的結(jié)果，選擇一個方位，調(diào)整2個傳感器的位置，直到2個傳感器信號的時差為零，說明2個信號同時到達(dá)。此時表明放電源處在A、B兩點(diǎn)的平分面上，換一個方位進(jìn)行同樣的測量，可得另一個平分面。通常在地面找到一個點(diǎn)后，可用同樣的方法在垂直高度定位出一點(diǎn)，即可確定三維空間的放電源。

若經(jīng)粗略定位放電源位置在GIS內(nèi)部某個氣室，由于可檢測位置有限，無法通過平分面法定位，此時可采用時延定位。時延定位技術(shù)是根據(jù)所測信號的時間差與被測信號的傳播速度的乘積來計(jì)算放電源到傳感器的距離。基于特高頻時域信號的時延定位即通過精確測量2個傳感器信號的時間差及電磁波的傳播速度來計(jì)算放電源的位置[7,8]。

圖2 平分面法定位示意圖

若判別式 L＞cΔt成立，說明局放源位于在2個檢測位置之間，則通過式（1）可得到局放源位置；若判別式不成立，說明局放源位于2個檢測位置范圍外。

式中， L放電源至2個檢測位置的距離之和；c為特高頻信號在 SF6氣體中的傳輸速度,3×108 m/s；Δt為放電源傳播至2個檢測位置的時間差；x為放電源距離時延最超前檢測位置的距離。

2 GIS特高頻局部放電檢測與定位實(shí)例分析

2.1 特高頻局放檢測

使用DMS特高頻局放檢測儀對某站GIS設(shè)備進(jìn)行局放普測。該站220 kV主接線形式為雙母雙分段。在檢測過程中發(fā)現(xiàn)某出線間隔2條母線的隔離開關(guān)氣隔-1與-2之間的A、B、C三相盆式絕緣子處均存在特高頻局放信號，如圖3所示，且在附近空氣中測試無明顯信號。

從圖3可知，該放電信號在工頻相位的正負(fù)半軸均會出現(xiàn)，放電相位較穩(wěn)定，放電次數(shù)少，周期重復(fù)率低，放電幅值呈現(xiàn)分散性，具有較為典型的絕緣缺陷特征。

同時采用AIA-2超聲檢測儀進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)各處均無異常信號。由于超聲對絕緣缺陷的不敏感性，初步推斷該信號為絕緣類（沿面或空穴）局放信號。

圖3 該間隔-1與-2氣隔之間盆式絕緣子的特高頻局放檢測圖

2.2 放電源定位

圖4 220 kV出線間隔檢測位置

使用上海華乘公司的G1500局部放電定位儀進(jìn)行定位，該間隔的檢測位置俯視圖如圖4所示。

圖4中 1—9編號代表盆式絕緣子，其中1、2、3為該間隔-1母線隔離開關(guān)氣隔與1B號母線氣隔之間的絕緣盆， 4、5、6為-1與-2母線隔離開關(guān)氣隔之間的絕緣盆， 7、8、9為-2母線隔離開關(guān)氣隔與2B號母線氣隔之間的絕緣盆。

由于1、2、3、7、8、9絕緣盆覆蓋金屬防雨罩，影響特高頻信號向外傳播，因此不能采用幅值比較法定位，在此通過比較放電信號的先后順序判斷放電源的位置方向，如圖5。經(jīng)過逐個比較發(fā)現(xiàn)，1號盆式絕緣子的位置信號最為超前，判斷放電信號在此位置附近。

圖5 3個盆式絕緣子處放電信號時域波形

從圖5也可以看出，3個盆式絕緣子的信號時域波形基本相同，工頻周期內(nèi)放電時間一致，證明放電信號為同一來源。

采用基于特高頻時域信號的時延定位法進(jìn)行精確定位。特高頻傳感器分別位于圖4中1號絕緣盆處和與之相鄰間隔的A相對應(yīng)位置的盆式絕緣子處。定位結(jié)果如圖6所示。

圖6 特高頻時延定位法結(jié)果

由圖6可知，1號絕緣盆處傳感器信號超前，起始沿時間差約為5.4 ns。由于2個絕緣盆之間的距離為3.6 m。使用公式（1）計(jì)算可知放電源距離1號絕緣盆距離為0.99 m左右?，F(xiàn)場情況如圖7所示。

2.3 設(shè)備結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)特高頻時延定位，局放源位于220 kV出線間隔與該間隔C相側(cè)相鄰間隔之間的1B號母線中，距離出線間隔1號絕緣盆0.99 m左右，位置在伸縮節(jié)附近。圖8為母線氣隔伸縮節(jié)兩側(cè)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，經(jīng)廠家確認(rèn)在伸縮節(jié)左右側(cè)均存在母線支撐絕緣子，因此判斷存在絕緣缺陷的元件為伸縮節(jié)附近的母線支撐絕緣子，其結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖7 放電源位置現(xiàn)場情況

圖8 母線氣隔伸縮節(jié)兩側(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖9 220 kV GIS母線設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)論與建議

a）通過本次檢測結(jié)果及分析表明，特高頻局放檢測對于GIS內(nèi)部缺陷能夠靈敏反映，且檢測效率高，抗干擾能力強(qiáng)，便于對放電源定位，可以作為GIS帶電檢測的主要手段。

b）采用多種檢測手段及不同儀器對設(shè)備進(jìn)行局部放電檢測，利于對缺陷進(jìn)行分析和確認(rèn)。

c）采用基于特高頻時域信號的時延定位法能夠準(zhǔn)確地確定缺陷的部位，在進(jìn)行缺陷判斷時應(yīng)將定位結(jié)果與設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)相結(jié)合，進(jìn)行綜合分析。

d）金屬對特高頻信號有屏蔽作用，檢測時應(yīng)注意檢測位置的選擇。此外在排除外部干擾時也可利用金屬的屏蔽作用將特高頻傳感器進(jìn)行銅網(wǎng)包圍，避免外部信號的誤入。

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