黃浩鋒，胡振球，梁健鋒

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣東 廣州 510080）

2013-06，廣東某電廠發(fā)生了GIS爆炸，給電廠造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行并杜絕類似事故的發(fā)生，省內(nèi)許多電力公司都加強(qiáng)對(duì)GIS絕緣狀況的試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)工作，尤其是GIS局部放電帶電檢測(cè)。

1 開展局部放電試驗(yàn)的必要性分析

局部放電一般是由于絕緣體內(nèi)部或絕緣表面局部電場(chǎng)特別集中而引起的。而局部場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高會(huì)導(dǎo)致絕緣介質(zhì)中局部放電或擊穿，這是造成絕緣劣化的主要原因，也是劣化的重要征兆和表現(xiàn)形式，與絕緣材料的劣化和擊穿密切相關(guān)[1]。因此，局部放電測(cè)量有助于探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)期間的某類故障，也有助于確定經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后設(shè)備是否需要維護(hù)[2]。

局部放電測(cè)試以局部放電所產(chǎn)生的電信號(hào)作為需要采集的信號(hào)源，并通過(guò)數(shù)學(xué)換算把采集到的信號(hào)源進(jìn)行量化，用可描述的物理量來(lái)表示局部放電信號(hào)的類型、大小、種類等。通過(guò)參考對(duì)比局部放電的信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)，我們就可以初步判定產(chǎn)生局部放電的原因、類型。根據(jù)局部放電的過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生的超聲波、電脈沖、電磁輻射、光以及化學(xué)生成物，通過(guò)合適的傳感器對(duì)這些物理電磁信號(hào)和氣體進(jìn)行采樣，局部放電檢測(cè)方法也相應(yīng)地衍生出脈沖電流法、超聲波法、超高頻（UHF）法等。

脈沖電流檢測(cè)法具有較高的靈敏度，但很容易受其他信號(hào)的干擾，故此法一般只在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。超聲波局部放電檢測(cè)法技術(shù)相對(duì)比較成熟，而聲音信號(hào)在真空中的傳輸速度較慢，大約140 m/s，且超聲波中的頻率較高部分衰減較快，聲波信號(hào)在不同的介質(zhì)中傳播的速率不一樣，在不同介質(zhì)的邊界會(huì)發(fā)生折射和衍射，如果發(fā)生的局部放電較為復(fù)雜，那么超聲波耦合器采集到的聲波信號(hào)模式就變得相當(dāng)復(fù)雜。此外，超聲波傳感器監(jiān)測(cè)有效范圍較小，對(duì)大型設(shè)備需要裝設(shè)很多傳感器，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用很不方便。超高頻檢測(cè)方法將測(cè)試傳感器放置在盆式絕緣子處，在UHF頻段（300 MHz以上）接收及耦合GIS內(nèi)部信號(hào)，既能避開一般的電磁干擾，又能準(zhǔn)確測(cè)量GIS內(nèi)部的放電信號(hào)，因此該方法在現(xiàn)場(chǎng)得到廣泛的應(yīng)用。

2 應(yīng)用實(shí)例分析

實(shí)例1：2012-03，我公司對(duì)廣東中山某電廠3號(hào)主變開關(guān)間隔進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，設(shè)備為PM05特高頻局放檢測(cè)系統(tǒng)，在A，C兩相斷路器主變側(cè)CT盆式絕緣子處發(fā)現(xiàn)明顯的局部放電信號(hào)且幅值較大，局部放電信號(hào)如圖1所示。

圖1 局部放電相位圖

檢波輸出曲線的脈沖密集且間隔不等，局部放電發(fā)生在很寬的相位區(qū)間內(nèi)，主要在電壓過(guò)零點(diǎn)前后，故障的放電量較小，但超高頻探頭可以測(cè)到相當(dāng)可觀的放電信號(hào)。檢波輸出曲線脈沖波形規(guī)則，脈沖的幅值參差不齊；工頻正、負(fù)半周的上升沿和下降沿都有放電脈沖，幅值參差不齊；放電量隨著電壓的升高和作用時(shí)間的增長(zhǎng)而變大。對(duì)比局部放電典型波形，并結(jié)合以往的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，此類局部放電很可能是浮動(dòng)電極放電，建議電廠相關(guān)人員對(duì)SF6氣體分解物進(jìn)行測(cè)試。

如果氣體分解物測(cè)試發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)立即進(jìn)行解體處理；如果氣體分解物測(cè)試未發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)縮短局部放電帶電測(cè)試周期進(jìn)行密切跟蹤測(cè)量。后經(jīng)跟蹤試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，此處的局部放電信號(hào)依然存在，且局部放電信號(hào)幅值有增長(zhǎng)趨勢(shì)，電廠方拆解絕緣子后發(fā)現(xiàn)此處有金屬粉末。清潔干凈后，再進(jìn)行局部放電測(cè)試，局部放電信號(hào)消失。

實(shí)例2：2015-03，我公司對(duì)深圳某400 kV變電站主變間隔GIS耐壓局部放電進(jìn)行試驗(yàn)，在耐壓過(guò)程中對(duì)GIS局部放電進(jìn)行測(cè)試。但試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)試驗(yàn)電壓升至1.1 UN時(shí)，在A相16#絕緣盆處發(fā)現(xiàn)局部放電信號(hào)，其后在不同位置進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，初步判斷不同位置檢測(cè)到的信號(hào)應(yīng)為同屬一處的局部放電信號(hào)，故判斷16#絕緣盆存在局部放電信號(hào)。不日，通過(guò)與相關(guān)部門協(xié)調(diào)對(duì)GIS進(jìn)行微水檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)16#絕緣盆所在氣室的微水超標(biāo)。解體16#絕緣盆子發(fā)現(xiàn)，絕緣盆有閃絡(luò)現(xiàn)象。

將傳感器放置在不同距離時(shí)耦合得到的脈沖電壓信號(hào)如圖2所示。距電纜終端不同距離耦合的脈沖電壓信號(hào)隨其距離的增長(zhǎng)而減小，這樣就可以判斷局部放電信號(hào)源的位置。

圖2 局部放電系統(tǒng)不同距離的耦合信號(hào)

事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，GIS到貨后沒有采取妥善的密封干燥措施，導(dǎo)致空氣中的水汽滲到GIS盆腔內(nèi)，影響了GIS內(nèi)部絕緣性能，進(jìn)而發(fā)生局部放電和閃絡(luò)。后經(jīng)干燥處理，耐壓通過(guò)，局放信號(hào)消失。

實(shí)例3：2010-09，在某110 kV GIS線路上檢測(cè)到局部放電信號(hào)，為向該GIS線路的運(yùn)行管理和質(zhì)量維護(hù)提供有效的技術(shù)數(shù)據(jù)，需確定局放檢測(cè)結(jié)果的可靠性并進(jìn)行局部放電信號(hào)源定位。2010-10，對(duì)上述GIS線路進(jìn)行了局部放電帶電復(fù)測(cè)及定位測(cè)試，通過(guò)采用超高頻傳感器分別在4個(gè)盤式絕緣子法蘭上檢測(cè)到的PD信號(hào)相互間的時(shí)間差，確定信號(hào)源的大致位置。將檢測(cè)到的信號(hào)圖譜與GIS局部放電類型數(shù)據(jù)庫(kù)中的圖譜進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本次超高頻傳感器檢測(cè)到的信號(hào)圖譜類型與懸浮電位電極或毛刺信號(hào)圖譜一樣，即該P(yáng)D信號(hào)屬于懸浮電位電極或毛刺放電——單極放電。

2010-10，對(duì)該站GIS電纜終端進(jìn)行局放測(cè)試（復(fù)測(cè)）并定位確認(rèn)存在3個(gè)PD信號(hào)源。該局放信號(hào)密度較高，幅值較大，已達(dá)100 pC，具有一定的危險(xiǎn)性，近期應(yīng)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)跟蹤。比如，間隔一個(gè)月采用不同的方法手段進(jìn)行測(cè)試確認(rèn)，或者安裝一套長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)視，如果在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到或經(jīng)采用不同的方法手段測(cè)試而發(fā)現(xiàn)PD信號(hào)有增長(zhǎng)趨勢(shì)，就應(yīng)該盡快對(duì)該設(shè)備進(jìn)行停電更換。

3 結(jié)束語(yǔ)

GIS及其電纜終端局部放電信號(hào)的檢測(cè)可通過(guò)波形脈沖時(shí)域特征、頻域特征、相位特征、局部放電起始熄滅電壓等方面進(jìn)行綜合分析判斷。局部放電的產(chǎn)生原因一般包括內(nèi)部裂紋、懸浮的金屬顆粒、尖角毛刺、氣泡或其他設(shè)計(jì)上的缺陷等[3]。絕緣缺陷不同，所產(chǎn)生的局部放電信號(hào)亦有差別，同時(shí)受試驗(yàn)電源和試品本身參數(shù)等因素的影響，可能造成局部放電檢測(cè)到的脈沖波形畸變失真，因此需要通過(guò)多方面的檢測(cè)結(jié)果對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行分析判斷。

在現(xiàn)場(chǎng)局部放電試驗(yàn)中，主要的難點(diǎn)之一在于如何排除干擾信號(hào)，特別是如何排除來(lái)自空間、接地網(wǎng)、試驗(yàn)電源等方面的高頻干擾信號(hào)[4]。不同的干擾信號(hào)，可能具有與被試品局部放電信號(hào)相似的特征，容易與被試品內(nèi)部局部放電信號(hào)混淆，也有可能是全相位固定干擾信號(hào)，干擾信號(hào)的幅值較大，足以淹沒被試品較小幅值的局部放電信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的干擾信號(hào)與附近其他運(yùn)行中的電氣設(shè)備有關(guān)，例如照明光管、電焊機(jī)、行車等，如何分辨并排除這些干擾信號(hào)，也是檢測(cè)試驗(yàn)人員必須學(xué)習(xí)并掌握的基本知識(shí)。

實(shí)驗(yàn)室中可以通過(guò)加裝屏蔽罩或安裝濾波裝置以達(dá)到抑制干擾信號(hào)的目的，但對(duì)已投用的電氣設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，此法是不現(xiàn)實(shí)的，故需采用其他方法對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行辨別，比如采用改變?cè)囼?yàn)接線、改變?cè)囼?yàn)時(shí)間、改變?cè)囼?yàn)程序等方法。通過(guò)對(duì)不同試驗(yàn)條件下所測(cè)得的高頻局部放電信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析，從中辨別被試品內(nèi)部局部放電信號(hào)和干擾信號(hào)，也可以通過(guò)對(duì)多臺(tái)被試品測(cè)得的放電信號(hào)進(jìn)行橫向比較，協(xié)助分析判斷試驗(yàn)結(jié)果。