摘要：氣體絕緣金屬封閉組合電器因優(yōu)勢(shì)較多，如占地面積小、可靠程度高、安裝便捷、操作簡(jiǎn)單等，在我國電力工程中得到廣泛應(yīng)用。但由于GIS結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部空間狹小且電場(chǎng)較為集中，在安裝過程中，因工藝問題可能會(huì)出現(xiàn)毛刺與金屬顆粒，引發(fā)局部放電現(xiàn)象，造成設(shè)備安全事故。針對(duì)110kVGIS盆式絕緣子局部放電情況，以某檢測(cè)案例為基礎(chǔ)，分析信號(hào)幅值、信號(hào)先后對(duì)比及時(shí)差計(jì)算的局部放電定位方式，并闡述標(biāo)準(zhǔn)雷電、振蕩雷電沖擊及光學(xué)檢驗(yàn)的局部放電檢測(cè)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：110kVGIS盆式絕緣子局部放電電力工程

中圖分類號(hào)：TM63

ResearchonPartialDischargeDetectionTechnologyfor110kVGISBasinInsulators

QIGuozheng

QufuPowerSupplyCompanyofStateGridShandongElectricPowerCompany，Ji’ning，ShandongProvince，272000China

Abstract：GasinsulatedmetalenclosedcompositeelectricalapplianceshavebeenwidelyusedinChina’spowerengineeringduetotheiradvantagessuch assmallfootprint，highreliability，convenientinstallation，andsimpleoperation.However，duetothecompactstructure，narrowinternalspace，andconcentratedelectricfieldofGIS，processissuesduringinstallationmaycauseburrsandmetalparticles，leadingtopartialdischargeandequipmentsafetyaccidents.Regardingthepartialdischargesituationof110kVGISbowlinsulators，basedonacertaindetectioncase，thispaperanalyzesthepartialdischargepositioningmethodfor110kVGISbasininsulators，includingsignalamplitude，signalsequencecomparison，andtimedifferencecalculation.Italsoelaboratesonpartialdischargedetectiontechniquesofstandardlightning，oscillatinglightningimpulse，andopticalinspectiontechnology.

KeyWords：110kVGIS;Basininsulator;Partialdischarge;Powerengineering

GIS主要由斷路器、互感器、避雷器、母線、刀閘等組成，各類構(gòu)件均密封在內(nèi)部含有SF6絕緣氣體的金屬接地外殼中，因此又稱之為SF6全封閉組合電器。由于GIS占地面積較小，且受到外界因素的影響較少，日常維修工作量小，人員安裝和維護(hù)較為便捷，對(duì)成本管控具有重要作用，因此在我國電力工程中得到廣泛的應(yīng)用。但是該設(shè)備內(nèi)部電場(chǎng)相對(duì)較為集中，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中，一旦發(fā)生接觸不良等問題，極易出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象。雖然微弱的局部放電并不會(huì)造成絕緣物質(zhì)擊穿，但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，會(huì)降低絕緣性能，進(jìn)而影響設(shè)備運(yùn)行。因此，開展局部放電檢測(cè)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障問題，并采取有效的處理措施，能夠保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1盆式絕緣子局部放電定位

為有效解決盆式絕緣子的局部放電問題，要對(duì)放電源的具體位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位。在準(zhǔn)確定位后，要對(duì)其開展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析局部放電的原因并制定科學(xué)有效的解決措施。在實(shí)際工作中，可采取以下幾種方式對(duì)放電源進(jìn)行定位。

1.1信號(hào)幅值對(duì)比

該方式主要是對(duì)比各測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行放電定位。盆式絕緣子的UHF信號(hào)在傳輸過程中會(huì)不斷減弱，導(dǎo)致測(cè)量點(diǎn)接收到的信號(hào)幅值存在一定差異，距離放電地點(diǎn)越近，信號(hào)幅值越大。因此，在設(shè)備定位測(cè)量過程中，將傳感器放置在不同位置，通過對(duì)比測(cè)試信號(hào)的幅值，信號(hào)最大的區(qū)域就是放電位置。該種定位方式操作簡(jiǎn)單，只需使用UHF探頭，觀察放電信號(hào)情況，并對(duì)比信號(hào)幅值，便可進(jìn)行定位[1]。

1.2信號(hào)先后對(duì)比

該方式主要是對(duì)比信號(hào)到達(dá)各傳感器的時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行放電定位。由于盆式絕緣子的放電源單一，放電信號(hào)的變化幅度較小，到達(dá)傳感器的時(shí)間存在差異，先接收信號(hào)的傳感器距離放電源較近。因此，將傳感器A放置在盆式絕緣子外殼處，隨后將傳感器B放置在相鄰的盆式絕緣子外殼處，如果檢測(cè)過程中，傳感器A接收的信號(hào)相對(duì)比B的信號(hào)較早，則代表放電位置處于A盆式絕緣子附近區(qū)域。相反，則處于B區(qū)域。通過不斷重復(fù)上述操作便可以確定放電位置。

1.3時(shí)差計(jì)算法

該方式能夠準(zhǔn)確定位放電位置，通過測(cè)量?jī)蓚€(gè)傳感器信號(hào)的時(shí)間差，以明確放電區(qū)域。實(shí)際操作階段，應(yīng)綜合考慮電磁波傳播速度的影響，并計(jì)算傳感器信號(hào)傳播的時(shí)差，明確放電位置[2]。

通過上述內(nèi)容可知，信號(hào)幅值對(duì)比法與信號(hào)先后對(duì)比法，在GIS盆式絕緣子的局部放電源定位中，均能夠發(fā)揮出一定的作用和價(jià)值，但二者的操作方法以及優(yōu)勢(shì)特征存在一定的差異。信號(hào)幅值對(duì)比法的優(yōu)點(diǎn)在于操作較為簡(jiǎn)單，定位的效率較高，但受檢測(cè)信號(hào)的干擾較大，若信號(hào)幅值的變化過大，就難以保證定位的精準(zhǔn)性。而信號(hào)先后對(duì)比法操作流程相對(duì)較為繁雜，但定位的準(zhǔn)確性更高。此外，時(shí)差計(jì)算法雖然受電磁波傳播速度的影響較大，但是在明確信號(hào)傳播時(shí)差的情況下，選擇這種方式，能夠更準(zhǔn)確地進(jìn)行定位。因此，要結(jié)合不同的放電類型有針對(duì)性選擇相應(yīng)定位方式。

2盆式絕緣子局部放電檢測(cè)方法

2.1標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊檢測(cè)

頻率較低的交流電壓、直流電壓及頻率較高的沖擊電壓，在放電時(shí)延、放電量、放電統(tǒng)計(jì)分布模式及發(fā)展模式中存在較大差異。相較于工頻電壓，沖擊電壓能控制局部放電電暈的穩(wěn)定性。實(shí)際操作階段，在盆式絕緣子進(jìn)行沖擊耐壓試驗(yàn)的同時(shí)開展局部放電檢測(cè)，能夠準(zhǔn)確地識(shí)別異常放電狀況。沖擊電壓的幅值較工頻電壓高，波形相對(duì)陡峭，容易產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，進(jìn)而能夠發(fā)現(xiàn)細(xì)微的絕緣缺陷問題。運(yùn)維人員依據(jù)檢測(cè)結(jié)果提前做好絕緣缺陷預(yù)防工作，降低局部放電問題的發(fā)生概率[3]。但是盆式絕緣子的電容入口相對(duì)其他設(shè)備大，如果電容過大，會(huì)導(dǎo)致波前時(shí)間過長(zhǎng)，無法產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的雷電沖擊波。此外，沖擊回路火花在點(diǎn)燃過程中也容易產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁脈沖干擾，影響局部放電檢測(cè)工作的準(zhǔn)確性[4]。

2.2振蕩雷電沖擊監(jiān)測(cè)

研究表明，在振蕩雷電沖擊電壓的作用下，局部放電信號(hào)最先出現(xiàn)在振蕩電壓的第一個(gè)周期波峰位置，且隨著電壓的不斷升高，放電信號(hào)會(huì)逐步出現(xiàn)在后期的波峰處。該種檢測(cè)方式相較于傳統(tǒng)手段具有明顯優(yōu)勢(shì)，但是隨著波頭時(shí)間的延長(zhǎng)，檢測(cè)出缺陷的可能性會(huì)大大降低，當(dāng)波前時(shí)間大于10μs時(shí)，震蕩性雷電沖擊電壓相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)電壓擊穿電壓將高10%～20%，隨著電壓等級(jí)的增大，擊穿電壓的相差數(shù)量也逐步增大。由于持續(xù)振蕩，會(huì)導(dǎo)致沖擊電壓發(fā)生隙弧重燃，該環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的電磁信號(hào)會(huì)影響局部放電信號(hào)，導(dǎo)致各類帶電檢測(cè)裝置受到影響。因此，該項(xiàng)檢測(cè)方式也不適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

2.3光學(xué)檢測(cè)法

當(dāng)GIS設(shè)備表面存在缺陷，會(huì)出現(xiàn)電暈、電弧等不同程度的放電狀況，在放電過程中，釋放的電量不僅會(huì)造成電荷轉(zhuǎn)移及電能損耗問題，還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的光輻射現(xiàn)象。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，局部放電光譜主要集中在紫外波區(qū)域，隨著放電量增加，紫外光輻射強(qiáng)度也會(huì)不斷增強(qiáng)。對(duì)此，可利用局部放電的光學(xué)特征，實(shí)行光學(xué)檢驗(yàn)。通過使用多個(gè)紫外光纖探頭或探測(cè)器布置檢測(cè)矩陣，可以準(zhǔn)確判定是否存在局部放電現(xiàn)象。該種檢測(cè)方式的優(yōu)勢(shì)在于檢測(cè)結(jié)果較為直觀，且受到外界因素影響較小，檢測(cè)靈敏度高，可以準(zhǔn)確判斷局部放電現(xiàn)象。

通過對(duì)上述3種局部放電檢測(cè)技術(shù)的綜合分析可知，不同檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)條件以及檢測(cè)優(yōu)勢(shì)存在差異，其中標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊檢測(cè)技術(shù)在細(xì)微絕緣缺陷的檢測(cè)上優(yōu)勢(shì)明顯，振蕩雷擊沖擊檢測(cè)技術(shù)受電磁信號(hào)的影響較大，光學(xué)檢測(cè)技術(shù)的適用范圍廣。對(duì)此，在開展盆式絕緣子的局部放電檢測(cè)工作時(shí)，光學(xué)檢測(cè)技術(shù)的適用性要更強(qiáng)。

3盆式絕緣子局部放電檢測(cè)案例

3.1設(shè)備概況

檢測(cè)設(shè)備為220kV變電站中的110kVGIS設(shè)備，該設(shè)備主要由三相共箱式結(jié)構(gòu)組成，額定電壓與額定電流分別為126kV、3150A，參數(shù)為ZF12-126（L），于2019年正式投入運(yùn)行。

3.2數(shù)據(jù)分析

特高頻局部放電檢測(cè)過程中，發(fā)現(xiàn)主變壓器間隔的盆式絕緣子位置出現(xiàn)異常高頻信號(hào)問題，且圖譜特征基本一致，僅幅值存在一定差異。

檢測(cè)當(dāng)天溫度為18℃，空氣濕度為60%，天氣晴朗。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，盆式絕緣子區(qū)域的特高頻信號(hào)圖譜在整個(gè)周期內(nèi)呈現(xiàn)兩處放電信號(hào)，且幅值較大，懸浮類放電相位分布的脈沖序列圖譜則呈現(xiàn)外八字和內(nèi)八字分布特征。檢測(cè)階段空氣中未發(fā)現(xiàn)異常高頻信號(hào)，由此可判斷該區(qū)域可能存在局部放電問題，且放電源位于設(shè)備內(nèi)部。

在向兩側(cè)移動(dòng)傳感器過程中，盆式絕緣子上方檢測(cè)的信號(hào)幅值不斷減小，可通過幅值對(duì)比的方式初步判斷異常放電位置。為增強(qiáng)定位精準(zhǔn)性，可結(jié)合信號(hào)先后對(duì)比技術(shù)，通過調(diào)整傳感器位置，讀取時(shí)差確定放電源位置。計(jì)算公式如下。

（1）

式（1）中：Δt為信號(hào)時(shí)差；L為傳感器距離；c為電磁波在GIS中的傳播速度；t1、t2為傳感器接收到電磁波信號(hào)的時(shí)間。通過該種方式確定異常放電位置，有利于增強(qiáng)定位工作的準(zhǔn)確性。

3.3異常信號(hào)跟蹤

為避免停電隔離對(duì)周邊用戶的生活、生產(chǎn)造成影響，實(shí)時(shí)監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行是第一選擇。依據(jù)放電特性，在間隔區(qū)域安裝GIS設(shè)備特高頻實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以光學(xué)檢測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以分析特高頻信號(hào)為手段，全時(shí)段監(jiān)測(cè)信號(hào)變化情況。該系統(tǒng)整合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可預(yù)先設(shè)置預(yù)警區(qū)域，一旦信號(hào)超出報(bào)警閾值，系統(tǒng)會(huì)立即上傳報(bào)警信息。經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域異常信號(hào)幅值未出現(xiàn)異常變化，放電特征也與前期檢測(cè)結(jié)果保持一致，說明該間隔處于平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)。

為進(jìn)一步分析放電特性，通過對(duì)比分析長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)50Hz頻率相關(guān)性和100Hz頻率相關(guān)性存在交替領(lǐng)先狀況，代表該區(qū)域可能存在兩種放電現(xiàn)象，其中50Hz頻率特性代表尖端放電，100Hz頻率特性代表絕緣放電。當(dāng)100Hz頻率特性領(lǐng)先于50Hz頻率特性時(shí)，放電現(xiàn)象的發(fā)生次數(shù)明顯增多，這時(shí)放電幅值也會(huì)大幅度升高，但該現(xiàn)象的持續(xù)時(shí)間較短。當(dāng)50Hz頻率特性領(lǐng)域于100Hz頻率特性時(shí)，經(jīng)過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)放電幅值的整體狀態(tài)較為穩(wěn)定，在此基礎(chǔ)上，可判斷50Hz頻率特性持續(xù)存在放電現(xiàn)象，而100Hz頻率特性具有放電間歇的特點(diǎn)并且整體幅值較大，最終判斷該區(qū)域放電類型為持續(xù)尖端和間歇性放電形態(tài)的重合[5]。

4結(jié)語

綜上所述，為保證GIS運(yùn)行的安全性以及穩(wěn)定性，及時(shí)排查出設(shè)備運(yùn)行過程中潛在的隱患、缺陷很有必要。做好局部放電檢測(cè)工作，提前發(fā)現(xiàn)局部放電現(xiàn)象更是一項(xiàng)重要的手段。本文通過總結(jié)和分析盆式絕緣子局部放電定位、檢測(cè)方法，以及結(jié)合某檢測(cè)案例進(jìn)行具體研究。在以后的工作中，要結(jié)合特高頻圖譜特性，綜合考慮多手段進(jìn)行放電定位和檢測(cè)。同時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)，初步分析局部異常放電的發(fā)展趨勢(shì)，有針對(duì)性地采取增加絕緣介質(zhì)密度或者停電更換構(gòu)件及定期維護(hù)構(gòu)件等方式，強(qiáng)化GIS運(yùn)行，進(jìn)一步保障設(shè)備安全。

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