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隨著電力系統的不斷發(fā)展，電力系統對于可靠性的要求也越來越高，因此對設備的狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷的需求也越來越迫切。在眾多的設備狀態(tài)監(jiān)測手段中，局部放電在線監(jiān)測系統以其獨特的優(yōu)點被廣泛應用于電力設備狀態(tài)監(jiān)測當中。其具有以下優(yōu)點：成本較低，傳感器采用的是固態(tài)元件，體積較小，可以方便地安裝在GIS內部。適應性強，可以對GIS內部任何位置發(fā)生的放電進行有效監(jiān)測，且不受地理環(huán)境條件的影響?？垢蓴_能力強，可以實現對多個傳感器同時進行測量，并且數據之間不存在相互干擾。分辨率高，能夠對局部放電信號進行高精度檢測。本文以某供電公司的實際應用為例，對局部放電在線監(jiān)測在GIS設備中的應用進行研究，以供參考。

1 GIS局部放電在線監(jiān)測

1.1 局部放電的概念

局部放電是指電氣設備中由于電場強度超過了其耐受能力而形成的放電現象。在實際運行中，GIS內部絕緣介質會因電場強度過高而產生局部放電現象，是指氣體絕緣組合電器（GIS）內部發(fā)生的局部放電現象。根據不同的放電方式，局部放電量和頻率有所區(qū)別[1]。不同的放電方式產生的局部放電的機理也不一樣，因此，其對GIS設備絕緣狀態(tài)的影響也不盡相同。

局部放電參數。放電電荷是指在一定電壓下，把一個包含有空間電荷的電場矢量作用到絕緣介質表面上，并使該表面產生放電，并在電場中觀察到了一個持續(xù)時間很短的放電脈沖（或稱脈沖）。這個放電脈沖可能是直流、方波或正弦波，也可能是各種頻率的隨機脈沖。對絕緣介質來說，這種放電通常是以空間電荷為基礎的[2]。

圖1（a）中，c表示存在于媒介中的空氣間隙，b表示與該空氣間隙相連接的媒介，a表示不同于b媒介的其他媒介。在圖1（b）中，殘余的介質的容量表示為Ca，氣隙泡的電容表示為Cb，氣隙泡的電容是Cc，剩余介質的電阻是Ra，與氣隙泡串聯的介質的電阻是Rb，氣隙泡的電阻是Rc。在放電過程中，會造成Cc上電壓下降Δuc時，各電容間電荷量都會變化，因此Ca上電壓也會下降Δua，且遵循以下公式：

放電的能量。根據放電時所處的電場位置，放電可分為沿面放電、懸浮放電和電暈放電。沿面放電是指在絕緣介質內部存在著一定的空間電荷時，當電壓作用在絕緣介質上時，由于電場強度的作用，使得沿絕緣介質表面上產生的離子或電子對周圍的空氣介質進行電離，并產生局部電場，強度超過了氣體擊穿強度時就會產生放電[3]。由于絕緣介質表面與空氣中有一定的空間電荷，所以這種局部電場比空氣中的電場更強。這時就會在絕緣介質表面發(fā)生離子或電子對擊穿，從而導致局部放電。

1.2 GIS局部放電在線監(jiān)測系統

某公司GIS局部放電在線監(jiān)測系統，就是利用安裝在GIS外殼上的傳感器接收超高頻電磁波信號，經過放大、濾波、增益處理后，送到信號采集單元，來對放電信號的特點進行分析，并將處理后的信號傳送到后臺主站，進行分析判斷，從而對GIS絕緣狀況進行監(jiān)控。如圖2所示。

圖2 系統結構原理圖

GIS局部放電在線監(jiān)測系統包括傳感器、信號采集單元、信號傳輸單元和后臺主站等部分。傳感器主要安裝在GIS的外殼上，通過對傳感器的選型，可以確定其靈敏度、監(jiān)測范圍以及與GIS的匹配程度。信號采集單元主要由高頻信號發(fā)生器、信號放大器和高精度采樣放大器組成，采用多路模擬量輸入的方式，對傳感器測量的高頻信號進行放大處理，再送至采集單元；高精度采樣放大器主要由低通濾波器和高通濾波器組成，能有效去除高頻干擾信號。

2 局部放電在線監(jiān)測系統運行存在問題

2.1 局部放電在線監(jiān)測系統的信號干擾及抗干擾措施

局部放電在線監(jiān)測系統的主要干擾源為設備產生的各種電磁干擾，主要有以下幾種：高頻電磁場的干擾，如脈沖信號在高頻電磁場中會發(fā)生反射、折射和衍射現象，同時高頻電磁場也會對其他信號產生干擾；電磁場的輻射干擾，包括電磁輻射和電磁感應兩種；雷電波干擾，雷電沖擊會產生脈沖信號，在監(jiān)測系統的前端會有感應電壓存在[4]。

根據局部放電信號的特點和規(guī)律，可以采用如下抗干擾措施：利用對電子元器件采取屏蔽、接地、濾波等措施對電源進行隔離濾波；利用屏蔽電纜和金屬外殼將監(jiān)測終端設備與母線相連。在母線上增加接地端子；在信號傳輸線纜上安裝濾波器；在通信網絡上增加合適的抗噪聲設備和軟件濾波。

采用在線監(jiān)測系統時，必須按照局部放電在線監(jiān)測技術規(guī)程的要求對系統進行安裝調試；并經過驗收試驗考核合格后才能投入運行。對于運行中的局部放電在線監(jiān)測系統應進行定期維護、校驗和調試，根據現場運行環(huán)境的變化情況及時調整在線監(jiān)測系統的設置參數。保證系統處于正常狀態(tài)。

加強對局放信號的分析，對于難以判斷是否有局放發(fā)生的情況，要加強對局放信號的分析和研究，必要時采取在線監(jiān)測方式進行判斷；提高在線監(jiān)測系統工作人員的素質和綜合能力，如對工作人員定期進行局部放電在線監(jiān)測技術知識和專業(yè)技術培訓。

2.2 局部放電在線監(jiān)測系統運行中的常見故障問題

在某供電公司實際運行中，GIS設備局部放電在線監(jiān)測系統中還存在一些常見故障，主要包括以下幾個方面。

局部放電在線監(jiān)測信號源與傳感器之間的匹配問題。由于局部放電在線監(jiān)測系統采用的是高頻信號，因此在使用過程中，需要對高頻信號進行濾波處理，以保證測量結果的準確性。但在實際運行中，由于監(jiān)測系統設備與傳感器之間的匹配問題，可能導致傳感器損壞或丟失信號。另外，由于變壓器油和SF6氣體中含有水分，在干燥過程中也會吸收部分低頻信號，導致監(jiān)測系統所獲得的高頻信號幅度減小或失真。

高頻放大器的穩(wěn)定性問題。對于放大器來說，如果放大器本身性能不夠穩(wěn)定，或者由于受外界環(huán)境因素影響造成放大器在使用過程中發(fā)生性能下降，將會對監(jiān)測結果產生影響。當系統檢測到高頻信號時，如果放大器的頻率響應不夠靈敏或者噪聲抑制能力不夠，將導致系統檢測到的信號出現偏差。

傳感器輸出信號品質問題。傳感器是GIS設備中對局放測量最為敏感的部件之一，如果傳感器輸出信號品質不夠好，或傳感器本身質量不佳將會導致監(jiān)測結果出現偏差。另外，當系統檢測到局放信號較強時，若傳感器輸出電壓過低也會造成監(jiān)測結果出現偏差。

監(jiān)測系統與GIS設備間通訊問題。在GIS設備運行過程中，需要將監(jiān)測系統采集到的局放信號通過以太網、無線等方式傳輸給GIS設備進行處理。但是在實際運行中存在著多種因素，會造成數據傳輸不穩(wěn)定或者中斷情況，比如系統本身或通訊電纜質量問題、光纜中斷、自然災害等因素。

3 提高監(jiān)測系統應用的適用性

針對存在的問題，本文以某供電公司GIS設備為例，分析在GIS設備中應用局部放電在線監(jiān)測系統的必要性，并針對其存在的問題，提出提高監(jiān)測系統應用適用性的措施。

3.1 提高設備運行安全可靠性

目前，在GIS設備中應用的局部放電在線監(jiān)測系統，對于傳感器的工作環(huán)境要求較高，如在運行過程中遇到雷電、靜電等干擾時，局部放電信號會受到嚴重干擾而使監(jiān)測信號失真，造成無法準確判斷設備故障原因[5]。

加強GIS設備安裝過程中的質量控制和驗收工作，確保設備安裝質量符合設計要求；對于局部放電在線監(jiān)測系統中的傳感器，在安裝時必須考慮到安裝的環(huán)境情況。如避免傳感器被其他物體遮擋，保證傳感器接收信號的準確；對于運行過程中出現的異常放電現象，應及時進行分析處理，并通過現場停電檢測和色譜分析等方法查明原因并消除異常放電現象。

3.2 降低設備維護成本

局部放電的在線監(jiān)測系統必須有針對性地進行設計，滿足不同的設備特點。如在GIS設備中，可以根據其結構形式、電壓等級、內部電場強度、空間電荷分布情況以及局部放電波形等特征參數，設計專用的信號處理單元和分析軟件，來對其內部局部放電信號進行檢測、識別和分析。

例如，在GIS設備中，GIS的內部空間是有限的，其電場強度比較大，因此對空間電荷分布的測量就必須用到超聲波傳感器。當檢測到內部局部放電時，通過超聲波傳感器就可以獲取到放電信號；當檢測到的信號比較微弱時，通過增加電流放大模塊也可以獲取到更大的有效信號。同時，考慮到GIS設備的內部空間比較大，為了防止檢測到的局部放電信號被其他因素干擾，可以使用超聲波傳感器作為前置放大器，通過前置放大模塊將信號進行放大后送入主放大器。

當主放大器輸出信號較弱時，還可以采用電流放大模塊作為前置放大單元，并配合低噪聲放大電路來實現對較弱信號的有效放大。由于GIS設備內部的空間比較小，空間電荷分布也比較復雜，因此在設計時必須根據現場的實際情況進行局部放電信號檢測和識別分析。為了方便用戶分析處理數據，還需要設計一個良好的數據分析軟件，對GIS設備進行在線監(jiān)測。

3.3 實現智能化管理變電設備

基于GIS設備的在線監(jiān)測系統，在實現數據實時上傳的同時，還應充分發(fā)揮其智能化管理作用：首先，在數據實時上傳時，應注意數據的準確性，如GIS設備內部存在的各種缺陷、運行條件、環(huán)境因素等，都會對監(jiān)測結果造成影響，因此數據必須具有真實性；其次，在數據分析時應注意數據的全面性，如將GIS設備放電類型、放電位置、放電強度等參數進行匯總分析，同時還應與運行數據、試驗數據進行對比分析；再次，在智能管理時應注意對GIS設備故障類型進行分類，并根據故障類型采用不同的處理方法；對于同一設備的多個故障類型還可根據實際情況設置不同的閾值。

4 結語

GIS設備是電力系統中重要的電氣設備，一旦其內部出現故障，將會直接影響到整個電力系統的安全穩(wěn)定運行。由于GIS內部空間較大、又是密閉設備，容易出現內部放電故障，因此必須對其進行在線監(jiān)測，及時發(fā)現內部放電隱患。通過對GIS局部放電在線監(jiān)測系統的研究和分析，能夠及時發(fā)現設備內部的故障隱患，提高電力系統的安全性和可靠性。在實際應用中，還需要進一步提高GIS局部放電在線監(jiān)測系統的適用性，合理設置檢測參數和檢測方法，利用科學合理的手段及時發(fā)現設備內部的故障隱患，確保GIS設備的正常運行。