謝 勇

（國網(wǎng)四川省電力公司廣元供電公司，四川廣元 628000）

0 引言

220kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)（GIS）設(shè)備以其可靠性強(qiáng)，占地面積小，維護(hù)便捷以及外界環(huán)境影響小等特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。GIS 設(shè)備的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在設(shè)計、制造以及安裝的過程中，會存在尖刺、表面污垢或者固體絕緣等方面的缺陷，如果不及時對這些缺陷進(jìn)行彌補(bǔ)，極可能造成嚴(yán)重的供電事故。同時GIS 本身的封閉性結(jié)構(gòu)，在出現(xiàn)故障后需要花費(fèi)大量的人力、物力和財力。GIS 局部放電帶電檢測是對GIS 狀態(tài)評估的主要方式和手段，有利于對GIS 內(nèi)部潛在缺陷的發(fā)現(xiàn)，保證GIS 的正常運(yùn)行。

1 220 kVGIS 局部放電帶電檢測技術(shù)

1.1 超聲波局部放電帶電檢測技術(shù)

對于GIS 設(shè)備絕緣體來說超聲波信號的衰減程度比較大，同時信號覆蓋面有限，在傳播的過程中能量集中、方向性強(qiáng)，在帶電檢測中有利于定向波束的集中收集，從而更精準(zhǔn)的定位信號源，如果檢測時出現(xiàn)超聲波信號異常情況，要先確定信號來源外部干擾引起還是源于腔體內(nèi)的情況。如果排除外部干擾因素后，信號顯示仍然異常，則可以判斷問題是由信號源內(nèi)部情況引起的，需要對缺陷位置定位。在具體應(yīng)用中，GIS 設(shè)備在超聲波局部放電定位技術(shù)的應(yīng)用中需要定位的情況包括幅值、時差以及頻率等。

（1）從幅值定位來看，主要是根據(jù)超聲波信號的衰減情況，信號的有效值或峰值大小定位，在超聲波檢測過程中，信號的強(qiáng)弱與局部放射源的距離存在正比例關(guān)系，信號隨著放源距離的靠近變強(qiáng)。因此根據(jù)GIS 信號強(qiáng)弱和幅值進(jìn)行判斷就可以確定放電位置。

（2）時差定位也是局部放電帶點(diǎn)檢測中的重要指標(biāo)。是利用超聲波信號的時差進(jìn)行檢測，在時差測定數(shù)據(jù)出來后，通過雙曲面方程以及聯(lián)立球面方程對局部放源的位置進(jìn)行定位。在GIS 管線結(jié)構(gòu)測試過程中，可以通過結(jié)合兩個或者多個管道的超聲波檢測，在放射源位置的確定中需要結(jié)合信號時差、傳播速度以及距離進(jìn)行三維或者二維定位。

（3）頻率定位。利用SF6氣體吸收超聲波的性質(zhì)進(jìn)行檢測，同時根據(jù)超聲波的吸收程度與信號頻率具有正比例關(guān)系進(jìn)行定位，利用頻率定位，需要分析超聲波的吸收情況。利用超聲波50 Hz～100 kHz 的高頻部分對局部放電源在GIS 在殼體或者中心導(dǎo)體位置進(jìn)行確定[1]。如果放射源在GIS 中心導(dǎo)體的位置，則信號為低頻信號，如果局部放點(diǎn)源在GIS 的殼體位置，超聲信號則可以在低頻和高頻部分都監(jiān)測到。

1.2 特高頻局部放電定位技術(shù)

該技術(shù)在局部放源的檢測中發(fā)現(xiàn)特殊信號后同樣需要先做好信號源的判斷工作，在排除非外界干擾后再進(jìn)行后續(xù)檢測，利用檢測到的圖譜與典型干擾信號圖譜進(jìn)行對比，也可以利用濾波器、屏蔽帶等方法監(jiān)測特殊信號，監(jiān)測GIS 內(nèi)部是否存在異常放電問題。如果發(fā)現(xiàn)GIS 盆式絕緣子存在特高頻異常信號，需要采用傳感器朝外的方向進(jìn)行檢測，檢測的信號圖譜如果符合噴施絕緣子信號圖譜，同時信號源非常強(qiáng)，說明為外部干擾[2]。

特高頻定位技術(shù)應(yīng)用的過程中技術(shù)方式比較多，其中比較常用的為幅值比較、時差以及平分面等方法。其中幅值比較定位法指的是，如果在帶電檢測過程中發(fā)現(xiàn)多個特高頻局部放電信號，而且信號最強(qiáng)的位置距離放射源最近。幅值比較法雖然檢測的結(jié)果最準(zhǔn)確，但是受到的限制條件也比較多，如果檢測的信號特別強(qiáng)，小距離范圍信號的強(qiáng)弱變化情況不明顯導(dǎo)致定位的難度會加大。

時差定位法局部放射源發(fā)出的電磁波信號速度快，可以與光速比肩，而且不同傳感器的傳播時間和距離本身具有一定的關(guān)聯(lián)性，對放射源的確定可以通過特高頻電磁波信號到達(dá)的時間和方向進(jìn)行，或者通過信號與氣室兩側(cè)傳感器達(dá)到的時間差等對傳感器間的距離和位置進(jìn)行確定，進(jìn)而對缺陷進(jìn)行定位。一般高速數(shù)字示波器的帶電檢測需要通過時差定位進(jìn)行。

將傳感器置于GIS 緊鄰的2 個檢測點(diǎn)，根據(jù)信號時差，利用公式對放射源的位置進(jìn)行計算和確定。設(shè)局部放電源距離前側(cè)傳感器的距離為x，傳感器間的距離設(shè)置為L，電磁波速度為C，傳感器時域信號起始沿時差為Δt，計算公式為x=1/2（L-cΔt）。

平分面定位法主要應(yīng)用于信號在沒有明確區(qū)分在內(nèi)部或者外部的情況下，而且本身信號比較強(qiáng)，同時進(jìn)行外部干擾排除和局部放射源定位。具體方式（圖1）：先將2 個特高頻的傳感器向相同的朝向位置放置，對傳感器的位置進(jìn)行移動，使高速示波器的時域信號疊加，并將2 個傳感器的信號源出現(xiàn)在面P1 上。再利用相同的方式設(shè)置平分面P2 和P3，P1、P2 和P3 的交叉點(diǎn)即為信號源。

圖1 平分面定位法示意

1.3 聲電聯(lián)合定位技術(shù)

聲電聯(lián)合定位技術(shù)比前兩種技術(shù)優(yōu)勢更強(qiáng)，能夠?qū)植糠烹姷某暡ㄐ盘栆约疤馗哳l信號同時進(jìn)行檢測，然后利用聲電信號的聯(lián)系性對局部放電源的位置進(jìn)行確定，排除現(xiàn)場外部干擾，保證定位的精確性。通過超聲波或者特高頻定位對局部放射源的大概范圍和位置進(jìn)行確定，然后在最近監(jiān)測點(diǎn)放置高頻傳感器，GIS 殼體放置超聲波傳感器，對超聲波和特高頻時域信號的關(guān)系進(jìn)行檢測，如果二者間存在對應(yīng)關(guān)系，則屬于同一個信號源[3]。

2 GIS 局部放電定位技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 超聲波局部放電定位

利用T90 測試儀進(jìn)行超聲波局部放電定位。測量結(jié)果見表1。比較超生局部放電檢測儀信號幅度值可知，隔離開關(guān)由下向上與放射信號越近幅度值越大，同時100 Hz 相關(guān)性越強(qiáng)。通過數(shù)據(jù)以及繪制相應(yīng)的圖譜可知24267 隔離開關(guān)A 項的超聲波信號幅度值最大，所以可以確定放射源在A 項隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)頂部。

表1 超聲波測量結(jié)果

2.2 特高頻局部放射定位

利用時差定位過程中，需要在24267 隔離開關(guān)的A 的位置兩側(cè)的盆式絕緣子澆筑孔位置設(shè)置固定的傳感器（圖2），3 個特高頻傳感器在時域信號監(jiān)測時，信號脈沖相同，表明三路信號源相同。同時傳感器B 檢測的信號比A 檢測超前，時差為2.8 ns，距離84 cm，因此可以確定信號源在傳感器的左側(cè)位置。通過對傳感器B、C 的信號檢測可知，B 傳感器的信號比C 超前，可以確定信號源在2 個傳感器之間，時差為1.4 ns，并可以通過計算得知C 在B 的左側(cè)46.5 cm 位置。

圖2 固定傳感器設(shè)置

2.3 聲電聯(lián)合定位法的應(yīng)用

該定位法中，對超聲波時域信號以及特高頻信號（圖3）采集中，上面顯示的為特高頻信號，下面顯示的為超聲波信號，兩種信號一致且相關(guān)，表面信號源的來源相同。

隨著測試點(diǎn)距離隔離開關(guān)越來越近，超橫波信號會發(fā)生變化，時延逐漸減小，信號幅度提升，靠近信號源的位置與超聲波定位相同，因此可以確定局部放射源的位置為隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)頂部。同時結(jié)合圖譜可以確定放射源為懸浮電位放電缺陷[4]。

圖3 超聲波以及特高頻信號采集圖譜

3 結(jié)語

綜上所述，GIS 設(shè)備局部放電帶電檢測技術(shù)已經(jīng)比較先進(jìn)，在實(shí)際的應(yīng)用過程中需要結(jié)合具體的情況，選擇合理的檢測技術(shù)，總體來說聲電聯(lián)合定位法更準(zhǔn)確，所以需要盡可能采用聲電聯(lián)合定位方式。