吳建明

摘要：文章基于GIS局部放電原理和常用的局部放電檢測方法，提出了比較有效的在線監(jiān)測系統(tǒng)主要技術，并以實際案例介紹此系統(tǒng)和關鍵在線監(jiān)測技術的應用情況，以供參考。

關鍵詞：GIS;局部放電;在線監(jiān)測技術

一、引言

GIS就是封閉式氣體絕緣組合電器，其最大的特點就是封閉性，在此封閉性的空間中充入SF6氣體來保證其中電氣設備的絕緣性，其中的絕緣子是環(huán)氧澆注的。在GIS運行中其內(nèi)部會產(chǎn)生非常高的工作場強，因此也就是使得其運行中容易出現(xiàn)局部放電問題。這不僅是由于在GIS制造缺陷的問題，而且可能在裝配過程中出現(xiàn)金屬微粒和粉塵進入GIS內(nèi)部的問題，此外也會由于運行過程中的誤操作、運行環(huán)境差或出現(xiàn)過電壓等原因而造成其局部放電問題。針對此問題，主要采取在線監(jiān)測技術來監(jiān)測其運行狀態(tài)，預防和控制局部放電問題及其此問題造成的損失。

二、GIS局部放電在線監(jiān)測原理及方法

（一） GIS局部放電原理

GIS運行中影響其運行安全性的主要因素就是絕緣故障，此故障會導致其內(nèi)部SF6氣體的泄漏，同時也會對其中的刀閘和斷路器等造成損害而出現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)性缺陷、絕緣缺陷、設備裝配連接缺陷等問題。經(jīng)過對GIS設備絕緣故障數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計可知，隨著設備電壓等級的提升，其故障概率也隨之增加。現(xiàn)分析GIS局部放電原理如下：由于在GIS設備的制造過程中不可避免會出現(xiàn)毛刺問題，這就會對后期的運輸和裝配造成不同程度的影響，進而會影響其接觸與性能，造成部分部件的松動問題，加速設備運行中的老化速度，嚴重時會引發(fā)GIS內(nèi)部電廠畸變而導致局部放電問題。而由于GIS局部放電問題會對絕緣介質(zhì)造成影響，具體地說會導致GIS絕緣強度的急劇降低而損壞高壓電力設備絕緣部分。這就需要做好GIS局部放電檢測工作來掌握設備內(nèi)部的絕緣狀態(tài)，保證其穩(wěn)定和安全運行。

（二）GIS局部放電檢測方法

GIS設備局部放電問題會腐蝕絕緣材料并造成短路問題，甚至會導致放電區(qū)域的擴大，將絕緣體擊穿。為了避免此問題，不僅需要在GIS設備出廠時做好交接試驗工作，保證其局部放電水達標，還要做好設備正常使用過程中的定期檢查試驗工作，保證其絕緣狀態(tài)正常。比如常用的檢測方法有以下幾種：一是超聲波檢測法?；贕IS設備出現(xiàn)局部放電問題時會發(fā)生分子劇烈碰撞而形成聲波震動的原理，采用超聲波檢測法，主要是利用壓電式加速度計檢測儀器來檢測上述分子劇烈碰撞而形成的球面波。在具體應用中，通常使用超聲波探測頭來檢測腔體外壁的電信號。雖然于超聲波在SF6氣體中傳播時不會受到外界電磁干擾的影響，但是由于其速度比較慢，只有140m/s，速度遠遠低于在油中的傳播速度，同時由于超聲波的高頻段信號具有較快的衰減速度，設備運行中外界的機械噪聲干擾比較復雜，這都會對此方法的檢測靈敏度和準確性造成影響。正是由于此檢測方法的上述特點和限制，使得此方法通常在現(xiàn)場測試中應用，無法實現(xiàn)在線監(jiān)測。

二是GIS局部放電檢測法。針對超高頻局部放電問題通常采取此種方法進行檢測，這主要是此種方法不僅可以準確檢測超高頻電磁波信號，不會受到電磁波干擾，便于準確開展故障定位和識別，可以應用于對此設備的在線監(jiān)測中，這也是目前比較常用的GIS局部放電在線監(jiān)測技術。

三、GIS局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)主要技術

（一）GIS運行現(xiàn)場干擾信號消除技術

GIS設備運行中不可避免會存在較多的干擾，在開展GIS局部放電概率的檢測時為了保證對放電類型和嚴重程度的準確識別和判斷，就需要將上述各種類型的干擾進行有效排除。這就需要應用此干擾信號消除技術，保證將各種干擾信號在進入檢測器診斷系統(tǒng)之前進行有效清除，還可以通過消噪處理來提升在線監(jiān)測系統(tǒng)所采集信號的特征識別可能性。

比如對于連續(xù)性周期干擾信號來說，由于其頻率波動范圍處于30～500kHz，為了對此干擾源進行消除，主要采取相應的多頻分復用多爐通訊方式保證多頻率載波信號在輸電線路上傳輸，實現(xiàn)對上述干擾型號的抑制?；蛘呤峭ㄟ^數(shù)字濾波技術來消除此種連續(xù)性周期干擾，表現(xiàn)出具有良好消除效果和靈活性的優(yōu)點，同時也可以優(yōu)化設備的帶寬性能。

但是由于GIS設備運行環(huán)境中的干擾信號類型比較復雜，相互之間可能會出現(xiàn)融合問題而形成聯(lián)合性干擾，針對此種復合型的干擾型號，則需要采取綜合性的抵御方式。比如可以通過應用多種在線監(jiān)測系統(tǒng)的方式來抑制上述聯(lián)合性的干擾，通過此種方式還可以在實現(xiàn)在線監(jiān)測的同時對干擾源的方向和干擾類型進行判斷，判斷被監(jiān)測的目標信號和另外一些未能識別的干擾信號，表現(xiàn)出良好的抗干擾效果。

（二）GIS設備局部放電源的定位技術

針對GIS設備出現(xiàn)多處局部放電的問題，需要在應用上述在線監(jiān)測系統(tǒng)時進行多個傳感器的設置，同時收集多個信號并對不同時間的信號進行對比可以對局部放電源的位置進行確定。所采用的多點監(jiān)測定位原理如圖3.1所示。

從圖3.1可以看出，在GIS設備內(nèi)部出現(xiàn)多處局部放電問題時，在不同的缺陷點位置通過傳感器對放電信號狀況進行監(jiān)測，針對圖中的捕捉信號時間差，可以采用以下公式對傳感器之間的時間差進行計算。，通過此公式則可以得出GIS設備中缺陷點的距離傳感器位置為。

四、基于在線監(jiān)測系統(tǒng)的GIS局部放電具體應用分析

文章以某110kV變電站為例，針對其中的GIS設備采用局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)對其運行中的局部放電問題進行長期在線監(jiān)測，在某日此系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)此變電站的2號線位置發(fā)生了嚴重的局部放電故障，表現(xiàn)出加快的放電信號且放電率比較高，經(jīng)過初步診斷，判斷出現(xiàn)故障的位置是浮動式電極。結(jié)合此系統(tǒng)中所顯示的局部放電峰值等數(shù)據(jù)可知，此局部放電問題比較嚴重，同時也引發(fā)了比較明顯的耦合器幅值密度增加的問題。結(jié)合上述故障現(xiàn)狀，通過此在線監(jiān)測系統(tǒng)的應用對設備異常進行實時跟蹤排查，對外界信號干擾和系統(tǒng)誤報進行檢查并確認無誤之后，通過DMS局部放電診斷儀器和示波器的應用來檢測其中耦合部分并對放電源進行定位。經(jīng)過上述檢測可知，放電源位置1號線路GIS電纜頭位置，然后采取停機和開蓋檢查的方式，重點對其中的應力錐和絕緣件等部位是否出現(xiàn)空穴和污垢堆積問題進行檢查，還采取X射線探傷方法來檢查設備內(nèi)錐絕緣子，發(fā)現(xiàn)此部位出現(xiàn)較大的裂縫和氣泡。針對上述問題，采取更換1號線電纜頭的方式，然后再次進行檢測，沒有發(fā)現(xiàn)異常。由此可以看出，通過此在線監(jiān)測系統(tǒng)的應用，可以及時發(fā)現(xiàn)設備局部放電問題并快速診斷缺陷位置，防止GIS設備事故的發(fā)生。

五、結(jié)語

GIS設備是電網(wǎng)系統(tǒng)中的關鍵設備，但是由于此類設備在運行中容易出現(xiàn)局部放電故障而影響其正常運行，這就需要通過在線監(jiān)測技術的應用來構(gòu)件在線監(jiān)測系統(tǒng)，及時預防和維護GIS設備，降低或避免局部放電故障。此外還可以實現(xiàn)局部放電監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場應用操作性的提升，有助于提升變電站安全防護體系的建設效率。

參考文獻：

[1] 張弄韜， 孫傲陽， 彭晶. GIS特高頻局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場測試[J]. 云南電力技術， 2019， 047（002）：105-107.