GIS設備局部放電檢測技術的應用研究

周佺　賀子翔

摘 要：在我國現代的電力系統配電網中，開關柜往往發揮著不可替代的重要作用。在開關柜中通常會配備多種類型的一次設備，例如電流互感器、電纜終端等。但這類設備在持續運行中，極易出現絕緣性能問題，導致絕緣事故，影響其安全性和標準化。目前，氣體絕緣開關設備（GIS）的放電檢測主要采用無創模式，但存在一些不足，例如檢測結果的準確性不高，時常會出現檢測誤差的問題，造成該問題的主要原因是變電站在持續運行中會受到諸多因素的影響和干擾。為避免出現該問題，相關工作人員要全面優化GIS設備的檢測技術，采用恰當合理的抗干擾措施，不斷提高檢測工作效率以及檢測結果的精準性。

關鍵詞：GIS設備;局部放電;檢測技術;應用

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）03--03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.075

1 GIS開關柜常用局部放電檢測方法及優缺點

GIS開關柜采用全封閉結構，檢測手段較為單一，檢測效果不理想。目前，GIS開關柜常采用的檢測手段為局部放電檢測，常規方法主要有特高頻法、高頻法、超聲波法等?；贕IS開關柜全封閉的特點，常規局部放電檢測方法一是與主導電回路無法形成直接的電氣聯系，二是在鐵路復雜的運行工況下干擾較大，影響檢測結果，存在較大局限性[1]。

特高頻法靈敏度高、抗干擾性較強，設備要預留專用檢測“窗口”，GIS開關柜采用金屬封閉式結構，特高頻法檢測難以實現。

瞬態接地電壓法是通過檢測由放電輻射的電磁波在金屬柜表面和地面之間形成的瞬態接地電壓實現的。GIS開關設備具有良好的接地特性，對地暫態電壓持續時間短，不易檢測。

超聲波法廣泛應用于空氣絕緣開關設備?？諝饨^緣開關柜不密封，信號可以通過間隙傳輸到外部，GIS開關柜的金屬封閉結構會影響信號傳輸。

2 GIS設備局部放電檢測技術

2.1 紫外線檢測技術

在外周局部放電過程中，擊穿因子會導致放電并使周圍氣體電離。放電頻率與光波類型有關，電離后還會產生氮離子，光譜會下降到紫外波段，可以充分利用紫外線的特殊強度觀察介質的疊加位置，也可以透過介質看到紫外線。一般來說，紫外線檢測技術對現場檢測具有輔助作用，能夠更好地發現局部放電信號。

2.2 超聲波檢測技術

GIS設備局部放電檢測中，超聲波傳感設備會釋放超聲波，收集并分析信號附帶的各類信息，獲取檢測結果。采用該種檢測策略，技術人員無需接觸電網系統便可確定具體放電位置，可以準確探測局部位置的放電量大小。檢測工作中，相關工作人員要將超聲波信號頻率控制在標準范圍內。檢測工作期間，超聲波信號往往不受電磁干擾，這類信號屬于機械波，技術人員可借助時差法等確定具體放電位置[2]。

2.3 脈沖電流檢測技術

目前，在我國的電網系統GIS設備檢測工作中，脈沖電流檢測法是一種較為常見、應用較為頻繁的檢測手段，世界各國都已逐步制定了較為完善的檢測標準。應用該項檢測技術時，相關技術人員會預先為GIS設備加壓，如果出現放電，那么設備兩端的電壓會同步發生變化。在此過程中，電網的阻抗將被耦合以在電路中產生電流。最后，在持續收集以及放大阻抗上的電流，便能檢測設備的基本放電狀況[3]。

檢測工作中，脈沖電流檢測技術通常有兩種方法。第一，直接采用測量法在運行中難免受到不同情況的干擾，圖像檢測結果在較為復雜的施工環境中，還會產生更加復雜的干擾問題。第二，施工工作中，平衡法應用較為廣泛，該種方法具備抵抗外界不良因素干擾的優勢，提高檢測結果的精準度。

2.4 超高頻局部放電定位技術

在局部放電檢測中發現特殊信號后，要先判斷信號源，在后續檢測前消除非外部干擾，比較檢測到的頻譜與典型干擾信號的頻譜?？梢酝ㄟ^濾波、屏蔽帶等方法監測特殊信號，監測GIS中是否存在異常放電。如果在GIS盆式絕緣子中發現UHF異常信號，應使用傳感器進行外部檢測。如果檢測到的信號頻譜與噴涂絕緣子的信號頻譜一致，且信號源強，則表明是外部干擾。

超高頻定位技術的應用有很多技術方法。常用方法有振幅比較法、時差法和平分線法。

振幅比較法是指在現場檢測中如果發現多個UHF局部放電信號，且信號最強的位置距離輻射源最近，雖然振幅比較法具有最準確的檢測結果，但它也受到許多限制。如果檢測到的信號特別強，信號強度在小范圍內沒有顯著變化，則會增加定位難度[4]。來自當地輻射源的電磁波信號很快，可以與光速相比。不同傳感器的同聲傳譯可以在不同的時間和距離進行。輻射源的測量可以在超高頻電磁波到達的時間和方向上進行，或者通過信號與氣室兩側傳感器之間的時間差確定傳感器之間的距離和位置，然后定位缺陷。

傳感器放置在靠近GIS的兩個檢測點上，根據信號的時差，通過公式計算確定輻射源位置。將局部放電源與前傳感器之間的距離設為X，傳感器之間的距離設為l，電磁波速設為C，傳感器時域信號起始邊緣的時差設為Δt。計算公式為X=1/2（l-CΔt）。

平分線定位法主要用于消除外部干擾，當信號內部和外部沒有明顯差異且信號很強時，確定局部輻射源的位置。

2.5 綜合檢測法的應用

綜合檢測技術是將多種不同檢測方法有機融合，在相互配合、相互協調的檢測中，提高檢測效率及檢測結果的精準性。

首先，使用UHF檢測技術從開關設備室進行初始檢測，如果發現異常信號，可通過電磁波信號確定檢測方向，并通過振幅檢測方法確定信號源的位置。

其次，技術人員采用瞬態檢測技術，GIS設備局部放電檢測會從開關柜過濾放電信號和信息，對比和分析異常數據信息，發現可能出現放電的本地電源，再運用超高頻時差法，準確定位開關柜周圍的信號，掌握異常信號源的具體位置。除此之外，相關工作人員要借助超聲波檢測技術，對開關柜的孔洞以及周圍縫隙進行放電檢測，如果發現異常信號立即對比分析，找出強信號源，判斷信號為不對稱懸掛方向[5]。

最后，利用紫外檢測技術檢測開關柜的中間位置，并通過色譜比較找到可能的放電位置。

2.6 停電后放電部件的檢測和應用

GIS設備局部放電檢測中，關閉每個小房間的開關柜，檢測異常開關柜?？梢园l現，母線引下線輕微受潮，容易影響設備的絕緣。通過壁套管在設備連接處有輕微放電并標記，然后采用綜合檢測技術，通過多種不同檢測技術的組合，確定并驗證局部放電的位置。

3 局部放電智能預警技術研究

3.1 基于狀態突變檢測的局部放電嚴重性評估技術研究

根據缺陷模擬系統模擬局部放電特性。在加壓過程中，收集和分析從缺陷放電到擊穿的局部放電信號，放電次數N，計算了超高頻局部放電信號從加壓到樣品擊穿全過程中放電幅度的平均值uave和放電幅度的標準差σ（5）和放電幅度熵en（V）。通過施加不同的交流電壓，進行了20組有效試驗。結果表明，隨著外加電壓的降低，從表面放電到擊穿的時間增加。

第一階段總放電次數n較大，波動明顯。流量發展一段時間后，趨勢突然變化，流量急劇減少并保持在一個很低的水平，流量間隔大大延長并保持在非常稀疏的水平，振幅特征也表現出明顯的階段性。施加的電壓越高，第一階段在開發過程中占比越小。相反，施加的電壓越低，占比越大，表明該階段可以在電力設備的工作電壓下長期穩定存在。屬于電力設備的正常電老化范圍，擊穿或閃絡風險很低。

第二階段的放電表現出極其顯著的長間歇特征。這一階段的放電狀態發生了重大變化。整體場強相對均勻，絕緣處于臨界范圍內。持續一段時間后，測試對象會崩潰?，F階段，電氣設備的故障具有很大的隨機性，屬于高故障風險范圍。當局部放電發展到這一階段時，應及時預警。

3.2 拆卸分析

拆卸異常隔離開關，并采用目視法和X射線檢測法進行檢查。發現絕緣拉桿底部澆注部分開裂，表面有放電痕跡。同時，X射線檢查發現拉桿中存在間歇性氣隙。經分析，產生放電是由于澆注工藝不良導致絕緣拉桿底部開裂，導致絕緣拉桿間歇性局部放電。拆卸檢測結果與局部放電檢測和定位結果相匹配。

4 提高GIS設備現場檢測技術的應用水平

4.1 加強高端現場檢測儀器的研發與推廣

為提高GIS設備流量檢測技術的應用水平，相關技術人員要不斷優化各類檢測設備的檢測精準度，將各類先進技術融入檢測設備。由于檢測設備的造價成本往往較高，我國相關電力部門要大力推進檢測設備的自主研發事業，逐步減少高技術水平現場檢測設備及儀器的制造成本?，F場檢測儀器設備研發以及制造中，電力企業不但要借鑒國內外較為先進的技術手段，不斷創新，吸引高素質技術人才，投入專業設備研發，全面普及現場檢測技術，發揮檢測設備的真實應用價值[6]。

4.2 加強信息溝通和參考

目前，現場測試儀器的生產中沒有非常明確的規范，也沒有國家統一的標準可供參考。因此，檢測技術精準性的不斷提高，技術人員要在不斷實踐及經驗積累中精進，提高各類檢測儀器設備的質量水平，推進現場檢測技術的信息共享功能。

4.3 實現現場檢測技術的專業化管理

現場測試設備和儀器的維護和管理是使用后一項非常重要的工作。在日常工作計劃中，要更加重視現場檢測儀器的管理，安排專人管理，使設備、儀器的使用、維護和保管合理、科學，建立嚴格的規范和管理制度，提高員工的責任意識，對管理人員進行專項培訓，加強現場檢測儀器的管理。

4.4 超聲波干擾的消除

用超聲波法檢測局部放電時，相關技術人員要提前屏蔽或消除檢測位置周圍的振動干擾信號，如果無法快速消除和解決，要選擇恰當的檢測時間規避干擾信號的不良影響。測試工作人員還要結合具體情況，獲取異常點周圍的環境信息內容，包括異常點周圍的氣體數據，異常點周圍的支撐結構數據內容。測試工程師應使用融合振幅法和時差法等定位方法，確定超聲波信號的近似來源，隨后要對比情況數據信息和異常點的數據信息，如果發現異常點位置的信息明顯超過態勢數據信息，可以根據頻率相關性和相位差的特性判斷超聲波信號來自設備內部。如果不是此種狀況，就可判斷超聲波信號是來自外部干擾信號[7]。

針對各類外部干擾信號的不良影響，相關技術人員可采取去除干擾信號的方法提高檢測成果的精準度。例如，某些設備結構中的螺絲出現松動，會產生振動信號，相關工作人員便可結合超聲波信號反饋的信息，定位螺絲釘松動的具體位置，再將松動全部凝聚。除此之外，還會有多種不良因素干擾信號。再加上大多超聲波會影響HGIS的母線槽曲線以及外圍設備，該類電磁波干擾是無法從根本上得到解決的，需要相關工作人員繞過該類干擾，選擇合適的時間及頻帶開展測試工作[8]。

現場使用的具體方法如下：第一，在異常點附近安裝設備，或重新檢查底座的狀態值;第二，相關工作人員要將測量距離內的各個測量點以及相鄰距離的同一部分進行水平化比較;第三，如果背景值在抗壓強度、相位差和特性方面都與異常信號周圍的其他檢測點信號保持一致，技術人員就可判斷異常數據信號是來自外部空間的不利干擾。如果異常信號源位于GIS設備中，要準確定位缺陷位置。

結合當前的檢測和定位方法，有以下幾種消除方法：第一，消除干擾信號或繞過干擾時間段;第二，通過屏蔽斷開干擾路徑;第三，用濾波器濾除干擾信號;第四，消除探測器信號分析中的干擾，干擾較強時，屏蔽方法的效果較差;濾波器將濾除與干擾信號頻率范圍相同的內部電子信號。一般來說，屏蔽法和濾波法更受歡迎，繞過強干擾周期。

5 結語

為推動我國電力系統持續穩定運行，相關技術人員要定位和處理GIS設備局部放電問題，檢測技術主要包含GIS超聲波以及HF局部放電定位法等。上述兩種檢測方法雖然在應用時能夠發現一些放電缺陷，但會受到檢測時間的限制，在檢測中極易錯過彌補缺陷的良好檢測時間段，導致各類設備頻繁出現故障問題。因此，相關技術人員要不斷提高各類設備局部放電定位的準確性，與先進的檢測技術緊密結合，將其作為GIS局部放電定位檢測工作的重要手段。

參考文獻

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[8] 高明.GIS設備局部放電檢測技術的應用研究[D].鎮江：江蘇大學，2019.

作者簡介：周佺（1995—），男，湖南益陽人，本科，助理工程師，研究方向：變電檢修。