GIS設(shè)備超聲波局放信號異常的分析

徐 華，顧文濤，沈中元

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.國網(wǎng)浙江省電力公司舟山供電公司，浙江 舟山 316000；3.國網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314033）

全封閉組合電器GIS具有結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、維護簡單等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用[1]。對浙江電網(wǎng)最近12年的近20起GIS設(shè)備故障統(tǒng)計分析表明，絕緣故障占60%。實踐證明，開展局部放電（簡稱局放）檢測可以有效避免GIS事故的發(fā)生，GIS設(shè)備的局放既是內(nèi)部絕緣故障的先兆，也是絕緣故障的典型表現(xiàn)。

1 超聲波和特高頻局放測量技術(shù)

1.1 超聲波局放測量技術(shù)

當(dāng)GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時，由于分子的劇烈撞擊、氣泡的形成和發(fā)展、顆粒的跳動以及固體材料的微小振動，會發(fā)出幾十至幾百千赫茲的瞬態(tài)高頻超聲波，信號波長較短，方向性較強，能量較為集中。超聲波向四周傳播時，經(jīng)過氣體介質(zhì)和金屬殼體后到達電氣設(shè)備容器的表面。超聲波局放檢測就是將傳感器貼于設(shè)備表面，傾聽與捕捉由設(shè)備內(nèi)部故障如局放、部件松動、電弧與過熱等產(chǎn)生的瞬態(tài)超聲脈沖信號并進行適當(dāng)?shù)奶幚恚缦辔惶卣髯R別與定位等，以此來判別故障狀態(tài)。圖1為超聲波檢測GIS設(shè)備局放信號的原理圖示。

圖1 超聲波檢測局部放電的原理圖示

超聲波測量技術(shù)有以下特點：

（1）抗干擾能力強，檢測頻帶一般取10～100 kHz。

（2）容易實現(xiàn)局部放電定位[2]。

（3）能根據(jù)超聲信號的波形特征、頻譜特征和傳播衰減特征等進行故障診斷[3]。超聲波信號在SF6氣體中的傳播速度約為140 m/s，在鋼板中的傳播速度約為6000 m/s。

（4）GIS體外傳感儀器簡單，使用方便安全。

（5）超聲信號衰減明顯，在SF6中為26 dB/m，在空氣中為0.9 dB/m。

超聲波診斷的最大靈敏度約30 kHz，在10～100 kHz范圍內(nèi)也相對靈敏。超聲波傳感器固定方式如圖2所示，先將松緊帶穿過固定塊兩端的固定環(huán)，松套在GIS的外殼上，然后把聲發(fā)射傳感器放在固定塊下面，在傳感器和外殼之間涂抹耦合劑，再收緊松緊帶。一般每隔1 m設(shè)1個測試點，測試點宜選殼體的底部。

圖2 超聲波傳感器固定方式

目前，超聲波測量技術(shù)在運用中的難點是信號的標定，即難以對局放信號進行有效評估。

1.2 特高頻局放測量技術(shù)

GIS局部放電特高頻（以下簡稱UHF）信號傳感由英國學(xué)者首先提出和研究，在檢測靈敏度和抗干擾能力方面顯示了良好的特性。GIS內(nèi)有局放發(fā)生時，會伴隨1個很陡的電流脈沖（上升時間小于1 ns），并在GIS腔體內(nèi)激勵出頻率高達數(shù)吉赫茲的電磁波。UHF測量就是利用UHF傳感器來檢測該電磁波信號。UHF檢測GIS設(shè)備局部放電的原理如圖3所示。

圖3 UHF檢測局部放電原理

UHF測量技術(shù)有以下特點：

（1）避開了電網(wǎng)中主要的電磁干擾頻段（主要集中在300 MHz以下），具有良好的抗電磁干擾能力[3]，檢測頻帶為 300～1500 MHz。

（2）對GIS的各種放電性缺陷均有較高的靈敏度，但不能發(fā)現(xiàn)墊圈松動、粉塵飛舞等非放電性缺陷。

（3）根據(jù)電磁波信號的衰減和時差，可進行局放定位[4]。

（4）根據(jù)放電脈沖的波形特征和UHF信號的頻譜特征，可進行故障診斷。

（5）信號傳播衰減較小，絕緣屏障會造成約2 dB的信號衰減，轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)會造成約6 dB的信號分散。

目前，UHF測量技術(shù)在運用中面臨的難點是視在放電量的標定問題，即難以對局放信號進行有效評估。

2 缺陷情況介紹

在對某126kV GIS進行帶電檢測時，發(fā)現(xiàn)某線路隔離開關(guān)及接地開關(guān)氣室附近內(nèi)部有異聲，但聲音較小。使用超聲波檢測儀器進行測試時，其它氣室的超聲波信號有效值都與背景值相近，約0.32mV，沒有50 Hz和100 Hz的相關(guān)性信息，但該線路隔離開關(guān)及接地開關(guān)氣室的信號有效值偏大，約為3.57mV，50 Hz相關(guān)性不明顯，而100 Hz相關(guān)性則較明顯。改變帶通濾波器的上限頻率至20～100 kHz，信號基本無變化；使用特高頻局放技術(shù)進行檢測時，在該氣室附近的檢測點均未檢測到局放信號；使用SF6分解物測試儀進行測試，也未測到SO2和H2S信號。

3 原因分析

為查找缺陷部位，使用網(wǎng)格法對超聲波信號偏大的氣室及相鄰氣室的殼體表面進行劃分，如圖4所示，在每個網(wǎng)格處測量超聲波信號。在殼體的另一側(cè)、上側(cè)和下側(cè)也使用同樣的方法進行劃分，但測得的數(shù)據(jù)相對偏小。各點的超聲波有效值測試數(shù)據(jù)見表1，根據(jù)測試結(jié)果、結(jié)構(gòu)布置和內(nèi)部異聲可得到以下結(jié)論：

（1）電流互感器、電壓互感器、避雷器氣室的超聲波信號均較隔離開關(guān)及接地開關(guān)氣室的信號小，說明缺陷在隔離開關(guān)及接地開關(guān)氣室內(nèi)。

圖4 隔離開關(guān)氣室殼體的網(wǎng)格劃分及編號

表1 各網(wǎng)格處測量的超聲波信號有效值 mV

（2）超聲波信號在隔離開關(guān)及接地開關(guān)氣室較大范圍內(nèi)存在，說明缺陷位于中心導(dǎo)體上。

（3）28，29號網(wǎng)格的超聲波信號有效值較其它網(wǎng)格大，說明缺陷位于28，29號網(wǎng)格附近。

（4）結(jié)合三相導(dǎo)體的內(nèi)部布置，可以確定較大的超聲波信號來自于B相導(dǎo)體。

（5）內(nèi)部異聲的原因可能是B相導(dǎo)體的某個部件松動，在內(nèi)部電場作用下發(fā)生振動，從而產(chǎn)生了幅值較大的超聲波信號。

4 解體檢查

設(shè)備停運解體后，發(fā)現(xiàn)隔離開關(guān)及接地開關(guān)氣室B相靠近盆式絕緣子的導(dǎo)體屏蔽罩有輕微松動，屬于產(chǎn)品本身的固有缺陷，設(shè)備生產(chǎn)廠家在后期產(chǎn)品中已停用該型號屏蔽罩。更換屏蔽罩后，重新進行超聲波局放測試，隔離開關(guān)氣室及附近氣室的超聲波缺陷信號均消失，輕微異聲也同時消失。

5 結(jié)論

（1）對于較小的局放信號，難以用化學(xué)分解物測試來檢測相關(guān)分解物。

（2）利用超聲波檢測儀器發(fā)現(xiàn)缺陷信號時，可使用網(wǎng)格法對缺陷氣室外殼進行劃分測量，找到信號幅值最大點，再根據(jù)幅值及信號與50 Hz和100 Hz的相關(guān)性進行初步分析，從而確定缺陷的具體位置。

（3）對因部件松動引起的較小的局放信號，特高頻法檢測不夠靈敏。

[1]肖登明，董越，黃東海.我國特高壓輸電工程的GIS技術(shù)[J].高電壓技術(shù)，2006，32（12）∶115-117.

[2]肖燕，黃成軍，郁惟鏞，等.基于小波和分形分析的GIS局部放電信號特征提取[J].電力系統(tǒng)自動化，2006，30（6）∶66-69.

[3]KRIVDA A.Automated recognition of partial discharge[J].IEEE Tran-sactions on Dielectrics and Electrical Insulation，1995，2（5）∶796-812.

[4]錢勇，黃成軍，江秀臣，等.基于超高頻法的GIS局部放電在線檢測研究現(xiàn)狀及展望[J].電網(wǎng)技術(shù),2005，29（1）∶40-43.

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