GIS局部放電聯(lián)合檢測技術的應用

朱述園　寧燈亮

摘要：科學技術的快速發(fā)展推動我國各行業(yè)發(fā)展迅速，使得我國快速進入現(xiàn)代化發(fā)展階段。GIS設備作為我國電網(wǎng)設備中最常見的設備之一，其絕緣性故障常常會導致事故的發(fā)生。局部放電作為絕緣性故障中較為常見的一種故障，需要運用一系列診斷方法對其故障類型和位置進行判別。

關鍵詞：GIS局部放電;聯(lián)合檢測技術應用

引言

時代的進步，科技的發(fā)展，使我國電力行業(yè)發(fā)展非常迅速，為我國基礎建設貢獻力量。在GIS制造、運輸、安裝和運行維護中可能存在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)部電場畸變，畸形電場發(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

聲波和沖擊振動波一般也會伴隨著局部放電現(xiàn)象發(fā)生出現(xiàn)在設備中。用于檢測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。此方法的最大優(yōu)點是用來接收信號的傳感器與電力設備的任何回路都無關，所以沒有所謂的電磁信號干擾，但會在現(xiàn)場使用時受到外界環(huán)境的影響。超聲波信號在向遠方傳播的過程中強度有很多衰減，尤其在絕緣材料中更為明顯。但是，超聲波信號在故障定位方面卻有著較高的準確度。結合此分析可以看出，超聲法存在一定的局限性，檢測范圍較小，靈敏性較低。局部放電現(xiàn)象本質(zhì)上看，實際上是間隙被高壓擊穿的一個過程，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局放的點看作是一個點聲源。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，縱波主要依靠分子間的碰撞傳遞信號能量。在固體介質(zhì)中，聲波的傳播形式會同時包含橫波和縱波。橫波與縱波的不同之處是傳播時質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向成垂直關系，而不是平行關系，那么這需要質(zhì)點與質(zhì)點之間有一個較大的力牽動其進行傳播。因此，橫波的傳播介質(zhì)一般會是密度較大的液體或者固體。一般來說，橫波會在縱波完全透過氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)抵達外部固體殼體時出現(xiàn)，然后才會在殼體上持續(xù)傳播。

2 GIS感應電流和電磁振動分布模型

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

3脈沖信號

從周期分布上來看，放電呈現(xiàn)明顯的間歇性：放電開始時脈沖的連續(xù)性較高，但在多次放電結束后，間隔近200個工頻周期才出現(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。從信號幅值上來看，脈沖電流信號的幅值相對穩(wěn)定，分布在1.7-4.3V的范圍內(nèi);而光信號的幅值則分布在0.3-10V的范圍內(nèi)，波動幅度接近10V，且其幅值與脈沖電流幅值的相關系數(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，可能是因為部分放電由絕緣內(nèi)部缺陷引起，但也存在表面缺陷導致的光輻射不穩(wěn)定的可能性。

4聲電聯(lián)合法的GIS局部放電檢測

超聲波檢測法通過接收安裝在GIS腔體外壁的超聲波傳感器來檢測局放源發(fā)出的超聲波信號，受外界噪聲的影響小，抗干擾能力強，定位精度高。超聲波法在實際應用存在以下問題：1.需要通過黏結劑將傳感器貼在GIS殼體表面，粘貼的效果對測量結果影響很大;2.在電力設備介質(zhì)中衰減較大，影響了檢測的有效空間范圍。超高頻檢測法（UHF）通過UHF傳感器對GIS設備中發(fā)生局部放電時產(chǎn)生的超高頻電磁波信號進行檢測，從而獲得局部放電的相關信息。UHF法由于檢測頻率高，能夠有效避開現(xiàn)場電暈等干擾，檢測靈敏度高，可實現(xiàn)絕緣缺陷類型識別。GIS局部放電的聲電聯(lián)合測試法，是將超高頻測試法與超聲波測試法相結合，如在檢測過程中發(fā)現(xiàn)異常信號，兩種方法可互相驗證，還可以通過聲電聯(lián)合法實現(xiàn)對缺陷的精確定位。UHF法與超聲法兩種方法具有互補特性，采用聲電聯(lián)合法技術還可實現(xiàn)GIS局部放電在線檢測。聲電聯(lián)合法既具有UHF法不受設備機械振動等環(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、定位準確的優(yōu)點。

5特高頻診斷法

特高頻法（UHF）一般是用來檢測設備局放發(fā)出的電磁波信號，在GIS設備中的應用尤為廣泛。但是，受GIS自身結構的一些影響，局部放電發(fā)出來的電磁信號經(jīng)過GIS設備傳到UHF檢測傳感器會出現(xiàn)一些變化，造成局放電源信號的評估難度更大。那么，需要對電磁波信號在GIS設備中傳輸過程中的一些特點和變化規(guī)律進行研究，這對于特高頻法在GIS設備上的應用十分重要。GIS一般是同軸結構，如果是在工頻條件下，在計算分析電磁波的傳輸特性時，一般可采用集總參數(shù)來表示。暫態(tài)的電磁波信號在傳輸時一般可以當作分布參數(shù)進行處理，對于微波來說應該看作是同軸波導。此外，GIS因為絕緣子的存在，它的特性阻抗與波阻抗在某種程度上會不連續(xù)的，會造成高頻波在GIS內(nèi)部進行多次折射或者反射。因此，局放的UHF信號變得非常復雜。在GIS設備內(nèi)部發(fā)生局放現(xiàn)象時，發(fā)出來的特高頻電磁波將會順著設備的腔體進行傳播。GIS與波導有著類似的結構，均為同軸結構。因此，特高頻電磁波能夠進行一段較長距離的接近無損的傳播，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)部傳播出來的相應信號就能夠被容易地采集。

6結語

使用脈沖電流法、特高頻方法等多種局部放電檢測手段，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：

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（作者單位：新東北電氣集團高壓開關有限公司沈陽分公司）