朱述園　寧燈亮

摘要：科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展推動(dòng)我國(guó)各行業(yè)發(fā)展迅速，使得我國(guó)快速進(jìn)入現(xiàn)代化發(fā)展階段。GIS設(shè)備作為我國(guó)電網(wǎng)設(shè)備中最常見(jiàn)的設(shè)備之一，其絕緣性故障常常會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。局部放電作為絕緣性故障中較為常見(jiàn)的一種故障，需要運(yùn)用一系列診斷方法對(duì)其故障類型和位置進(jìn)行判別。

關(guān)鍵詞：GIS局部放電;聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

引言

時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，使我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展非常迅速，為我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。在GIS制造、運(yùn)輸、安裝和運(yùn)行維護(hù)中可能存在GIS內(nèi)部絕緣表面臟污、尖刺、自由顆粒、固體絕緣內(nèi)部缺陷等。在高電壓下造成內(nèi)部電場(chǎng)畸變，畸形電場(chǎng)發(fā)展到一定程度，便形成GIS內(nèi)的局部放電。

1超聲波診斷法

聲波和沖擊振動(dòng)波一般也會(huì)伴隨著局部放電現(xiàn)象發(fā)生出現(xiàn)在設(shè)備中。用于檢測(cè)超聲波的傳感器大都裝在殼體的外部接收局放產(chǎn)生的信號(hào)。此方法的最大優(yōu)點(diǎn)是用來(lái)接收信號(hào)的傳感器與電力設(shè)備的任何回路都無(wú)關(guān)，所以沒(méi)有所謂的電磁信號(hào)干擾，但會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)受到外界環(huán)境的影響。超聲波信號(hào)在向遠(yuǎn)方傳播的過(guò)程中強(qiáng)度有很多衰減，尤其在絕緣材料中更為明顯。但是，超聲波信號(hào)在故障定位方面卻有著較高的準(zhǔn)確度。結(jié)合此分析可以看出，超聲法存在一定的局限性，檢測(cè)范圍較小，靈敏性較低。局部放電現(xiàn)象本質(zhì)上看，實(shí)際上是間隙被高壓擊穿的一個(gè)過(guò)程，它的放電區(qū)域半徑一般十分小，因此在某種程度上可以把一個(gè)局放的點(diǎn)看作是一個(gè)點(diǎn)聲源。聲波在不同形式的介質(zhì)中的傳播方式不同，如在氣、液體中的傳播方式與在固體介質(zhì)中有較大區(qū)別。氣液體中是以縱波向外傳遞信號(hào)，縱波主要依靠分子間的碰撞傳遞信號(hào)能量。在固體介質(zhì)中，聲波的傳播形式會(huì)同時(shí)包含橫波和縱波。橫波與縱波的不同之處是傳播時(shí)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向成垂直關(guān)系，而不是平行關(guān)系，那么這需要質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)之間有一個(gè)較大的力牽動(dòng)其進(jìn)行傳播。因此，橫波的傳播介質(zhì)一般會(huì)是密度較大的液體或者固體。一般來(lái)說(shuō)，橫波會(huì)在縱波完全透過(guò)氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)抵達(dá)外部固體殼體時(shí)出現(xiàn)，然后才會(huì)在殼體上持續(xù)傳播。

2 GIS感應(yīng)電流和電磁振動(dòng)分布模型

目前，對(duì)GIS外殼中感應(yīng)渦流的研究認(rèn)識(shí)尚有偏差，認(rèn)為GIS外殼中的渦流是橫向電流，是由母線電流在外殼處感應(yīng)出的橫模電壓產(chǎn)生的，對(duì)母線在外殼的做了正確的解析，但是未考慮集膚效應(yīng)影響和GIS變電站中漏磁在外殼激發(fā)的渦流分布情況。對(duì)此，分析母線電流激發(fā)磁場(chǎng)和漏磁兩種情況下在GIS外殼感應(yīng)電流分布情況。GIS導(dǎo)電桿與外殼屬于同軸放置，根據(jù)畢奧薩瓦爾定律，導(dǎo)電桿電流激發(fā)的磁場(chǎng)是遵循右手定則，磁路方向與外殼橫截面平行。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，磁場(chǎng)穿過(guò)GIS金屬外殼時(shí)，將產(chǎn)生感應(yīng)電流抵消該磁場(chǎng)的變化，在集膚效應(yīng)的作用下，感應(yīng)的渦流集中于外殼的內(nèi)外表面，方向與導(dǎo)電桿軸向相同，內(nèi)外側(cè)的電流相同，由于GIS外表面面積大于內(nèi)表面，感應(yīng)電流在外表面的電流密度稍小于內(nèi)表面。GIS外部漏磁場(chǎng)也會(huì)在GIS外殼感應(yīng)出電流。令外部漏磁的場(chǎng)強(qiáng)是大致均勻的，但是GIS的外殼是圓柱形的，軸線處的漏磁場(chǎng)強(qiáng)最大，兩側(cè)的漏磁場(chǎng)強(qiáng)緩慢減小。考慮到感應(yīng)渦流的對(duì)稱效應(yīng)，軸線位置的感應(yīng)電流為零，兩側(cè)的感應(yīng)電流增大。外部漏磁在GIS外殼上的感應(yīng)渦流也是與導(dǎo)電桿軸向方向一致的。

3脈沖信號(hào)

從周期分布上來(lái)看，放電呈現(xiàn)明顯的間歇性：放電開(kāi)始時(shí)脈沖的連續(xù)性較高，但在多次放電結(jié)束后，間隔近200個(gè)工頻周期才出現(xiàn)下一次放電，其后放電又表現(xiàn)出一定的連續(xù)性，即該絕緣子的放電是集群出現(xiàn)的，而群落之間則存在較大的放電間歇。從信號(hào)幅值上來(lái)看，脈沖電流信號(hào)的幅值相對(duì)穩(wěn)定，分布在1.7-4.3V的范圍內(nèi);而光信號(hào)的幅值則分布在0.3-10V的范圍內(nèi)，波動(dòng)幅度接近10V，且其幅值與脈沖電流幅值的相關(guān)系數(shù)僅為0.75，即放電脈沖的視在放電量越高并不意味著其產(chǎn)生的光脈沖的幅值就越大。造成上述現(xiàn)象的原因，可能是因?yàn)椴糠址烹娪山^緣內(nèi)部缺陷引起，但也存在表面缺陷導(dǎo)致的光輻射不穩(wěn)定的可能性。

4聲電聯(lián)合法的GIS局部放電檢測(cè)

超聲波檢測(cè)法通過(guò)接收安裝在GIS腔體外壁的超聲波傳感器來(lái)檢測(cè)局放源發(fā)出的超聲波信號(hào)，受外界噪聲的影響小，抗干擾能力強(qiáng)，定位精度高。超聲波法在實(shí)際應(yīng)用存在以下問(wèn)題：1.需要通過(guò)黏結(jié)劑將傳感器貼在GIS殼體表面，粘貼的效果對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大;2.在電力設(shè)備介質(zhì)中衰減較大，影響了檢測(cè)的有效空間范圍。超高頻檢測(cè)法（UHF）通過(guò)UHF傳感器對(duì)GIS設(shè)備中發(fā)生局部放電時(shí)產(chǎn)生的超高頻電磁波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而獲得局部放電的相關(guān)信息。UHF法由于檢測(cè)頻率高，能夠有效避開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)電暈等干擾，檢測(cè)靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)絕緣缺陷類型識(shí)別。GIS局部放電的聲電聯(lián)合測(cè)試法，是將超高頻測(cè)試法與超聲波測(cè)試法相結(jié)合，如在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，兩種方法可互相驗(yàn)證，還可以通過(guò)聲電聯(lián)合法實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的精確定位。UHF法與超聲法兩種方法具有互補(bǔ)特性，采用聲電聯(lián)合法技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)GIS局部放電在線檢測(cè)。聲電聯(lián)合法既具有UHF法不受設(shè)備機(jī)械振動(dòng)等環(huán)境影響、定位快速的特性，又具備了超聲的抗電氣干擾能力強(qiáng)、定位準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

5特高頻診斷法

特高頻法（UHF）一般是用來(lái)檢測(cè)設(shè)備局放發(fā)出的電磁波信號(hào)，在GIS設(shè)備中的應(yīng)用尤為廣泛。但是，受GIS自身結(jié)構(gòu)的一些影響，局部放電發(fā)出來(lái)的電磁信號(hào)經(jīng)過(guò)GIS設(shè)備傳到UHF檢測(cè)傳感器會(huì)出現(xiàn)一些變化，造成局放電源信號(hào)的評(píng)估難度更大。那么，需要對(duì)電磁波信號(hào)在GIS設(shè)備中傳輸過(guò)程中的一些特點(diǎn)和變化規(guī)律進(jìn)行研究，這對(duì)于特高頻法在GIS設(shè)備上的應(yīng)用十分重要。GIS一般是同軸結(jié)構(gòu)，如果是在工頻條件下，在計(jì)算分析電磁波的傳輸特性時(shí)，一般可采用集總參數(shù)來(lái)表示。暫態(tài)的電磁波信號(hào)在傳輸時(shí)一般可以當(dāng)作分布參數(shù)進(jìn)行處理，對(duì)于微波來(lái)說(shuō)應(yīng)該看作是同軸波導(dǎo)。此外，GIS因?yàn)榻^緣子的存在，它的特性阻抗與波阻抗在某種程度上會(huì)不連續(xù)的，會(huì)造成高頻波在GIS內(nèi)部進(jìn)行多次折射或者反射。因此，局放的UHF信號(hào)變得非常復(fù)雜。在GIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局放現(xiàn)象時(shí)，發(fā)出來(lái)的特高頻電磁波將會(huì)順著設(shè)備的腔體進(jìn)行傳播。GIS與波導(dǎo)有著類似的結(jié)構(gòu)，均為同軸結(jié)構(gòu)。因此，特高頻電磁波能夠進(jìn)行一段較長(zhǎng)距離的接近無(wú)損的傳播，那么只需要將接收天線布置在GIS盆式絕緣子附近，則由GIS內(nèi)部傳播出來(lái)的相應(yīng)信號(hào)就能夠被容易地采集。

6結(jié)語(yǔ)

使用脈沖電流法、特高頻方法等多種局部放電檢測(cè)手段，研究了絕緣子上的表面缺陷的放電特性，得到了其波形特征、頻譜特性以及放電脈沖在工頻周期上的分布規(guī)律。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張欣，李高揚(yáng)，黃榮輝，等.不同運(yùn)行年限的GIS缺陷率統(tǒng)計(jì)分析與運(yùn)維建議[J].高壓電器，2016，52（3）：184-188.

（作者單位：新東北電氣集團(tuán)高壓開(kāi)關(guān)有限公司沈陽(yáng)分公司）