特高頻及超聲波法在GIS設(shè)備帶電檢測(cè)中的運(yùn)用分析

易祺 國(guó)網(wǎng)四川省電力公司檢修公司

作為一種高壓電器設(shè)備，GIS 設(shè)備的檢修周期較長(zhǎng)，且維護(hù)工作量比較少，運(yùn)行安全性較高，與常規(guī)設(shè)備相比，故障率只有30%左右。但由于國(guó)內(nèi)廠家對(duì)于基礎(chǔ)工藝及組裝技術(shù)把關(guān)較差、各供電公司施工單位現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管控要求參差不齊，使得近幾年國(guó)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)在運(yùn)的GIS 設(shè)備故障率居高不下。

由于GIS 設(shè)備屬于全密封結(jié)構(gòu)，常規(guī)手段發(fā)現(xiàn)及定位故障較為困難，加之大部分GIS 內(nèi)部的故障往往是由于內(nèi)部運(yùn)行環(huán)境的改變或設(shè)備本體運(yùn)行工況持續(xù)惡化導(dǎo)致，而非短期內(nèi)單一條件突變所致，因此如何及早、及時(shí)的發(fā)現(xiàn)潛在故障及隱患對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

受限于常規(guī)典型設(shè)計(jì)與變電站集約化設(shè)計(jì)的限制，變電站內(nèi)單間隔GIS 設(shè)備解體難度極大，檢修過程非常復(fù)雜。若采取站端全停檢修的方式，還會(huì)引起較長(zhǎng)時(shí)間電量無法供應(yīng)的情況，不僅停電范圍較廣，也會(huì)干擾到其他非故障元件的運(yùn)行[1]。

此外GIS 內(nèi)部絕緣損壞時(shí)，還會(huì)發(fā)生局部放電現(xiàn)象，產(chǎn)生氧化氮、臭氧、熱量以及電等，進(jìn)一步的對(duì)絕緣材料造成腐蝕，受到電場(chǎng)的影響，帶電質(zhì)點(diǎn)會(huì)與絕緣材料不斷發(fā)生撞擊，最終引起絕緣擊穿。所以局部放電危害性非常大，一旦GIS 設(shè)備出現(xiàn)局部放電時(shí)，不僅表示其內(nèi)部絕緣開始老化，GIS 整體安全得不到保障，也表示設(shè)備存在一些隱藏的故障，如果這些隱藏故障得不到及時(shí)處理，將會(huì)導(dǎo)致更為嚴(yán)重的安全事件發(fā)生。

通過對(duì)設(shè)備內(nèi)部局部放電現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)，可以有效提前發(fā)現(xiàn)GIS 設(shè)備部各種絕緣問題，從而針對(duì)性制定應(yīng)對(duì)和處置措施。將設(shè)備故障造成的損失降至最低。因此無論是GIS 設(shè)備的制造、安裝還是在運(yùn)行檢修過程中，都要應(yīng)當(dāng)盡早安排局部放電檢測(cè)，對(duì)設(shè)備各階段工況進(jìn)行全面監(jiān)督。經(jīng)驗(yàn)表明，利用超聲波和特高頻來檢測(cè)GIS 局部放電，可以明顯提升抗干擾性能，并且具有較高的檢測(cè)靈敏度，在檢測(cè)GIS 設(shè)備局部放電時(shí)較為適用。下面將對(duì)兩種測(cè)試方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

一、檢測(cè)方法概述

（一）特高頻法

特高頻法又稱為UHF 法，由于電設(shè)備絕緣體擁有較強(qiáng)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)以及較高的絕緣強(qiáng)度，如果發(fā)生局部放電時(shí)，僅會(huì)在小區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，整個(gè)擊穿過程非常迅速，擊穿時(shí)會(huì)產(chǎn)生脈沖電流，整體上升時(shí)間在1ns 以下，而激發(fā)出來的電磁破頻率超過GHz，特高頻法檢測(cè)局部放電的原理是信號(hào)檢測(cè)，其中特高頻電磁波的頻率在300MHz 至3GHz 之間，當(dāng)發(fā)生局部放電時(shí)，利用特高頻傳感器可以檢測(cè)到放電的信號(hào)，從而有效監(jiān)測(cè)局部放電現(xiàn)象。對(duì)于不同的監(jiān)測(cè)設(shè)備來說，可以采用不同的頻率傳感器，比如外置式和內(nèi)置式傳感器[2]?，F(xiàn)場(chǎng)電暈干擾基本都是低于300MHz，利用特高頻法可以避免受到電暈影響，其抗干擾能力較高，同時(shí)具備較強(qiáng)的靈敏度，在局部放電檢測(cè)中有著較好的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)于故障定位以及識(shí)別分析各類缺陷也有較多好處。

在現(xiàn)場(chǎng)局部放電檢測(cè)中，特高頻法的應(yīng)用較為廣泛，行業(yè)內(nèi)也有很多成功檢測(cè)的案例存在。比如李軍浩等人通過對(duì)特高頻法的利用，成功檢測(cè)到PT 氣室螺栓松動(dòng)的問題，此問題會(huì)導(dǎo)致懸浮電位放電現(xiàn)象的發(fā)生；李秀廣等人則通過特高頻法成功的檢測(cè)到絕緣子位置的絕緣問題；此外還有楊春娟等人利用特高頻檢測(cè)中的在線監(jiān)測(cè)功能，了解到斷路器底座和導(dǎo)體之間有放電現(xiàn)象出現(xiàn)。

（二）超聲波法

超聲波法又稱為AE 法或聲發(fā)射法，如果電力設(shè)備內(nèi)部存在局部放電情況，則會(huì)釋放出放電的信號(hào)，繼而出現(xiàn)沖擊聲音與振動(dòng)，這也是通過傳感器接受超聲波來檢測(cè)放電信號(hào)的，可以將超聲波傳感器放置在設(shè)備腔體外部檢測(cè)，也可以利用敞開式傳感器來檢測(cè)。超聲波法的一個(gè)典型特征就是傳感器和電氣回路之間并不會(huì)互相影響，電氣不會(huì)干擾到傳感器接收信號(hào)，但是如果在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)放電信號(hào)時(shí)，周圍有噪聲或者振動(dòng)出現(xiàn)，則會(huì)在一定程度上影響檢測(cè)的準(zhǔn)確率。另外，在電力設(shè)備中，由于絕緣材料超聲波信號(hào)傳播時(shí)會(huì)發(fā)生較大程度的衰減，所以整個(gè)檢測(cè)受到的限制較大，但其故障定位準(zhǔn)確率比較高。

當(dāng)GIS 設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電現(xiàn)象時(shí)，產(chǎn)生的超聲波信號(hào)頻率會(huì)超過20kHz，這個(gè)層級(jí)的信號(hào)能夠有效避免低頻段的音頻干擾，此時(shí)可以通過超聲波傳感器來對(duì)不正常的超聲波信號(hào)進(jìn)行接收與檢測(cè)，識(shí)別各種類型的信號(hào)并進(jìn)行放電定位，可以有效檢測(cè)出局部放電情況，這對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)GIS 設(shè)備內(nèi)部絕緣問題有著重要作用，讓檢修人員可以在第一時(shí)間內(nèi)排除掉故障。

二、特高頻與超聲波法在GIS設(shè)備帶電檢測(cè)中的運(yùn)用優(yōu)化措施

（一）將檢測(cè)人員素質(zhì)提升

作為一種新型的檢測(cè)方法，特高頻法與超聲波法在GIS 設(shè)備帶電檢測(cè)中的應(yīng)用有著明確的要求，無論是檢測(cè)人員的選用還是檢測(cè)步驟的安排都要根據(jù)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，而檢測(cè)人員需要具備較高的綜合素質(zhì)。采取外聘或公司自組專業(yè)人員的方式，應(yīng)當(dāng)做好檢測(cè)人員的多方面考察，綜合考慮其各項(xiàng)專業(yè)素質(zhì)是否達(dá)標(biāo)，是否熟悉特高頻法與超聲波法的檢測(cè)應(yīng)用知識(shí)，以及檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)是否豐富等，確保GIS 設(shè)備帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性滿足相關(guān)要求[3]。另外，還要定期組織檢測(cè)人員參與GIS 設(shè)備帶電檢測(cè)的專業(yè)知識(shí)與技能培訓(xùn)，將一些全球先進(jìn)的檢測(cè)方法與運(yùn)行過程講解給檢測(cè)人員了解。隨著GIS 設(shè)備的發(fā)展，GIS 設(shè)備帶電檢測(cè)的方法也會(huì)不斷更新，所以檢測(cè)人員應(yīng)當(dāng)不斷學(xué)習(xí)新的檢測(cè)知識(shí)，從而滿足不斷更新的檢測(cè)需求。此外，如果具備條件，國(guó)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)公司可結(jié)合迎峰度夏及迎峰度冬檢修空窗期間，抽取專業(yè)團(tuán)隊(duì)對(duì)公司范圍內(nèi)在運(yùn)或前期出現(xiàn)過故障隱患的GIS 開展專項(xiàng)帶電檢測(cè)，培養(yǎng)人員同時(shí)進(jìn)一步摸清在運(yùn)設(shè)備底細(xì)。

（二）做好檢測(cè)準(zhǔn)備

工欲善其事必先利其器，在正式檢測(cè)之前，為了保證后續(xù)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，應(yīng)當(dāng)對(duì)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施全方位勘察清理，避免存在一些影響檢測(cè)準(zhǔn)確性的事物，并及時(shí)找出檢測(cè)區(qū)域內(nèi)影響GIS 設(shè)備運(yùn)行安全的隱患，防止發(fā)生安全事故。在選擇合適的檢測(cè)機(jī)構(gòu)后，還要對(duì)檢測(cè)時(shí)間進(jìn)行明確，這是因?yàn)樘鞖庖彩怯绊憴z測(cè)準(zhǔn)確性的因素之一，可能會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，并影響設(shè)備故障定位的準(zhǔn)確性。另外，在檢測(cè)之前還要檢測(cè)儀器的狀態(tài)，避免使用存在問題的檢測(cè)儀器，確保后續(xù)檢測(cè)工作能夠正常開展。零購儲(chǔ)備與融資租賃發(fā)面，各供電企業(yè)還應(yīng)提前做好需求儲(chǔ)備及上報(bào)，明確儀器儀表參數(shù)選擇，特別是采用租賃方式配置的儀器，應(yīng)盡可能選取進(jìn)口的、采樣精度高的設(shè)備，確保檢測(cè)取得實(shí)效。

（三）制定安全檢測(cè)方案及計(jì)劃

安全是GIS 設(shè)備帶電檢測(cè)中的重點(diǎn)問題之一，也是整個(gè)檢測(cè)工作開展的基礎(chǔ)。部分檢測(cè)人員過于粗心，在檢測(cè)過程中沒有按照標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，很容易導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，所以必須要制定安全帶電檢測(cè)方案。方案內(nèi)容中應(yīng)當(dāng)明確列出兩種檢測(cè)方法的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，以及不同方法具體的作業(yè)步驟，以提升GIS 設(shè)備帶電檢測(cè)的規(guī)范性[4]。針對(duì)不遵從作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)操作的員工，應(yīng)當(dāng)給予嚴(yán)厲處罰，從而提升其安全意識(shí)，避免安全事故的發(fā)生。在具體檢測(cè)中，應(yīng)當(dāng)安排兩名檢測(cè)人員進(jìn)行檢測(cè)，以起到相互監(jiān)督和幫助的作用，在確保自身安全的情況下，使得電力故障得到有效的解決。另外，還要安排現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況進(jìn)行密切關(guān)注與安全提醒。系統(tǒng)內(nèi)單位以競(jìng)賽名義組織開展的帶電檢測(cè)，可結(jié)合自身工作實(shí)際安排經(jīng)驗(yàn)豐富的管理人員進(jìn)行檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)把關(guān)。同步引進(jìn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)管等數(shù)字化手段（例如國(guó)網(wǎng)公司推行的風(fēng)控平臺(tái)或小成本采購的實(shí)時(shí)執(zhí)法記錄儀等）強(qiáng)化安全監(jiān)管，切實(shí)做到安全生產(chǎn)的“四個(gè)管住”。

三、案例分析

（一）基本情況

以某變電站為例，對(duì)其GIS 設(shè)備進(jìn)行帶電檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其GIS 室內(nèi)某處線路存在放電情況。經(jīng)過相關(guān)人員分析后將空氣中的影響因素排除掉，并在三個(gè)氣室位置（以下用A、B、C 表示）分別測(cè)得異常的超聲波信號(hào)，而出線氣室與相近的開關(guān)并沒有異常的超聲波信號(hào)出現(xiàn)，其中C 位置信號(hào)幅值明顯高于A、B 兩處。工作人員通過對(duì)附近盆式絕緣子特高頻放電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，也發(fā)現(xiàn)有較為明顯的放電信號(hào)存在，且圖譜也滿足局部放電的典型特征。因?yàn)楸芾灼鳉馐遗c線路PT 之間距離較近，所以檢測(cè)的兩處盆式絕緣子特高頻信號(hào)幅值沒有太大差異，通過定位功能了解到，第二出盆子特高頻信號(hào)比第一處超前，所以可以確定此線路A 相避雷器氣室友局部放電情況。

（二）檢測(cè)分析

在以超聲波檢測(cè)法對(duì)其A 相間隔開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，A、B、C 氣室位置均有異常信號(hào)存在，其中A、B 兩處超聲信號(hào)比較小，C 處超聲信號(hào)比較大，同時(shí)在其上部分出線氣室位置并沒有發(fā)現(xiàn)異常的超聲信號(hào)，通過觀察C 氣室時(shí)域波形，再將背景噪聲因素排除后，可以認(rèn)為C 氣室超聲信號(hào)在同一個(gè)周期內(nèi)有兩簇峰值存在，并存在對(duì)稱性，考慮屬于內(nèi)部放電信號(hào)。根據(jù)GIS中超聲波傳播理論研究知識(shí)可以知道，放電源頭位置可以用幅值定位的方式進(jìn)行大概定位，此次研究中考慮存在局部放電可能，還需要采用特高頻法進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

在以特高頻檢測(cè)法進(jìn)行局部放電檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)開關(guān)氣室盆式絕緣子并沒有異常信號(hào)出現(xiàn)，但是在第一處與第二處盆子處均發(fā)現(xiàn)了相同的放電信號(hào)，且有著較大的放電幅值，并呈現(xiàn)出對(duì)稱性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室模型以往的測(cè)試數(shù)據(jù)可以知道，當(dāng)出現(xiàn)懸浮放電時(shí)，其時(shí)域特征主要表現(xiàn)為幅值分散性小，且不同放電時(shí)間間隔相近，放電次數(shù)較多，放電時(shí)能量和幅值比較大等特點(diǎn)，通過對(duì)比分析兩處PRPS 圖譜了解到，兩處的信號(hào)幅值幾乎誤差，但是第二處盆子放電頻率和重復(fù)率更高，且次數(shù)也多余第一處盆子，所以認(rèn)為第二處盆子附近氣室存在局部放電情況。

為了進(jìn)一步確定檢測(cè)的精確性，可以采用時(shí)差定位法來進(jìn)一步的確定放電源的位置，結(jié)果發(fā)現(xiàn)第二處盆子位置信號(hào)比第一處盆子信號(hào)更快，兩者之間相差2.4ns，整個(gè)傳播路徑差異為0.72m，而兩組探頭距離0.7m 左右，由此可知，在第二處盆子避雷器氣室位置存在局部放電信號(hào)。綜上所述，此線路A 相避雷器氣室位置有局放情況，且表現(xiàn)為明顯的懸浮放電。最后運(yùn)維人員為了進(jìn)一步的驗(yàn)證分析結(jié)果，對(duì)避雷器進(jìn)行相關(guān)檢查和試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)避雷器內(nèi)受污嚴(yán)重，有放電痕跡存在，這表明上述分析論證較為準(zhǔn)確。

四、結(jié)語

GIS 設(shè)備在發(fā)電廠運(yùn)用較多，所以GIS的安全運(yùn)行對(duì)保護(hù)電網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著直接的影響，檢修人員應(yīng)當(dāng)充分掌握這兩種檢測(cè)方法，做好對(duì)GIS 設(shè)備的定期檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)GIS 設(shè)備中潛在的故障，減少GIS 設(shè)備運(yùn)行的問題，確保電網(wǎng)可靠安全的運(yùn)行。