GIS設備局部放電缺陷診斷分析

申桂林 朱家福

摘要：本文首先闡述了GIS設備局部放電概述，接著分析了GIS設備局部放電缺陷診斷方法的原理。希望能夠為相關人員提供有益的參考和借鑒。

關鍵詞：GIS設備;局部放電;缺陷診斷分析

引言：

GIS設備具有體積小、技術可靠性高、不受外在因素干擾、危險性低、設備運行周期長等優點。但不同事物都存在兩面性，GIS設備也存在著一些缺陷，比如GIS是一個全封閉性的電組合設備，無法通過感官推測故障出現的原因。其次設備的體積比較小，安裝時十分緊湊，運行過程中內部的零件損壞會波及到其他部分，影響向外擴散，最終使設備整體遭到損壞。因此，對CIS設備中的局部放電故障進行有效診斷勢在必行。

1 GIS設備局部放電概述

從國內外的研究成果中可知，GIS局部放電檢測技術都缺乏完善性。與傳統電氣相比，GIS設備的優勢主要體現在體積小、功能強、抵抗外在因素影響能力較強、故障發生率低等，但其還是具有一定的缺點。GIS設備是全封閉的電力組合設備，在故障檢查階段，無法通過視覺、觸覺等第一感官進行有效的預測。另外，由于設備體積較小，因此，在安裝的過程中，其相對比較緊密，當一個零件發生故障時，能夠對其他零件產生嚴重的影響，從而使這個設備全部損壞的概率顯著提高，與此同時，使得設備維修的難度顯著提升。

2 GIS設備局部放電缺陷診斷方法的原理分析

2.1 脈沖電流法

當GIS設備的殼體內部出現了局放現象時，內部的絕緣介質將會存在一些電荷。這些存在于絕緣介質中的電荷能夠診斷采用電極兩端產生不定大小的脈沖電流，那么通過檢測由于局放產生的脈沖電流使得被檢測設備的兩端產生的脈沖電壓，就能夠得到相應的視在放電量。這種診斷方法整體來說比較容易實現，但是外界的電磁信號會對其造成一定的干擾，導致局部放電信號不易被識別出來。所以，這種方法的靈敏度較低，在作業現場使用時存在局限性。脈沖電流法的基本原理可以用圖1的電路圖進行簡單描述。當被檢測試品C_x發生了局放現象時，局放產生的脈沖電流i會對C_k這個耦合電容進行充電，從而會在檢測阻抗Z_d的兩端出現電位差，即脈沖電壓ΔU。這個有脈沖電流產生的脈沖電壓可能很小，但是通過相關處理儀器傳輸、放大等處理后，可以測量設備局放過程中的一些基本參數。脈沖電流法一般來說只對一些低頻成分（數量級一般為數千赫茲至數兆赫茲）進行采集，可以減少無線電的一些干擾。

2.2 瞬態對地電壓（TEV）診斷法

空氣雖然是良好的絕緣體，但是在濕度較大時也易被高壓擊穿。所以，在電力系統中的絕緣需要采取效果更好的絕緣措施，如采用環氧的PT、CT以及固體絕緣子和穿墻套管等。局放一般會出現在絕緣材料的內部，電荷會在接地引下線附近大量聚集，會向周圍產生一定的脈沖信號。在這樣的放電模式下，放電產生的能量在最開始會匯集在設備屏蔽層內部的表面上。所以，若設備的屏蔽層一直處于封閉狀態，那么外部不可能接收到局部放電發出的信號。但是，屏蔽層一般都會存在一定的缺陷，如墊圈的連接處、電纜終端等部位。如此局部放電信號就能夠通過缺陷處泄露到外部，外部的傳感器就能夠接收到來自局放的高頻信號，從而出現暫態對地電壓。在電力設備中的局部放電類型主要包括電暈放電、表面放電、內部放電以及懸浮放電等。通過相關理論可以知道，發生放電的過程中會在一定的區域內產生較多的帶電粒子，而這些帶電粒子的存在會造成附近電場出現一些變化。交變的電場會產生交變的磁場，電磁波也就出現了，還會在設備的外殼上出現一個暫態的對地電壓。一般情況下都采用電容探測器采集暫態對地電壓（TEV）的信號，從而能夠得到局放的電壓幅值和脈沖周期。對于傳統的脈沖電流法來說，視在電荷量一般能夠通過測量獲取。一般用“pC”表示局部放電的放電強度，用“dB”表示暫態對地電壓的放電強度。脈沖電流法在測量時能夠反映出的內容有限，僅僅能夠反映局放在電極兩端的電壓變化量，而局放的放電路徑不能捕捉到。因此，脈沖電流法在局放定位方面存在明顯不足?，F階段，雖然已經逐漸開始為了找到dB和pC之間存在的定量關系進行相關的研究，但目前dB依然無法做到對放電強度的量化。結合上述分析，TEV一般用于局部放電的定性檢測，現場使用時大多情況下用來將一組相同類型的設備的運行狀況進行比較，進而確定檢修的先后，也能夠跟蹤測量單個的設備，以發現和掌握該設備的絕緣是否良好。

2.3 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象發生出現在設備中。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生的信號。此方法的最大優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，但會在現場使用時受到外界環境的影響。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。局部放電現象本質上看，實際上是間隙被高壓擊穿的一個過程，它的放電區域半徑一般十分小，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中有較大區別。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，那么這需要質點與質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或液體介質抵達外部固體殼體時出現，然后才會在殼體上持續傳播。如果聲波的頻率和類型不盡相同，那么在溫度不一樣的情況下，通過不同介質進行傳播時，傳播的速率也會有較大差異?？v波的傳播速度約是橫波的2倍，且隨著頻率的增高，傳播速度也會增加。但是，在礦物油中是個例外，傳播速率反而會在溫度升高的情況下有所降低;在氣體介質中的傳播速度往往比在固體介質中小得多。同時，聲波在任何介質中傳播，其能量都會存在一定程度的衰減。傳播媒介是氣體和液體時，衰減主要是波的擴散造成的。傳播媒介是固體時，衰減主要是由于分子之間的碰撞將能量轉換成了熱能。通過采集超聲波信號到達設備上安裝的各個傳感器上的時間差，結合聲波在各個介質中的傳播速率，能夠定位放電位置所在的平面或者空間，通過對比多個超聲波信號的強度，就能夠計算出放電源的幅值。

結束語：

隨著社會的進步，我國的科技創新事業得到迅速發展，GIS設備廣泛應用于電力系統、水利工程等領域，但仍處于創新應用的探索期。GIS設備作為我國電網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生。因此，對目前GIS設備局部放電診斷中常見的原理進行分析十分必要。

參考文獻：

[1]? 李德，郭海.GIS設備局部放電故障多維度診斷方法研究[J].科技創新與應用.2019（11）

（作者單位：國網新疆電力有限公司檢修公司）