特高频带电检测技术在GIS设备中的应用研究和验证

张顺 米芝昌 陈程举

摘要：近年来，GIS设备在电网设备中的占比越来越高，其优点是内部结构集中、整体体积小、配置灵活，而且由于是全封闭结构，受外部环境因素的影响较小，因此正逐步受到电力用户的广泛青睐。然而，与其他设备一样，GIS设备在长时间运行后也会出现绝缘部件老化、气室内部受潮等安全隐患。一旦出现局部放电就可能导致严重的电网事故和设备事故，造成恶劣影响。由于GIS设备运行维护和检修存在难度大、周期长等问题，因此在试验周期内对运行中的GIS设备做好带电检测，及时发现内部放电缺陷对电网运行维护显得极其重要。基于此，本篇文章对特高频带电检测技术在GIS设备中的应用研究和验证进行研究，以供参考。

关键词：特高频带电检测技术;GIS设备;应用研究;验证分析

引言

GIS是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称，承担着变电站内电能分配与故障切除的关键作用，一旦发生故障，可能导致大面积停电，产生经济损失与恶劣的社会影响。GIS具有结构紧凑、占地面积小和安全性高等优点。但由于GIS全密封的特性，具有内部缺陷不易发现、停电检修工作量大、检修周期长等缺点。近年来，GIS因内部放电导致的闪络跳闸事故越来越多。传统的停电试验与检修存在盲目性，而带电检测技术及时准确地判断内部设备状态，制定有针对性的检修策略，提高设备可靠性，降低设备维护成本。由于GIS为全封闭状态，传统的红外测温方法效果甚微，脉冲电流法只适用于离线试验。超声波、特高频与分解产物等带电检测手段的应用，已经在工程中发现多起内部缺陷并得到验证。带电检测作为状态检测的一种技术手段，能超前发现设备隐患、降低事故损失。为了实时准确的掌握设备的运行状态，需要定期对GIS设备开展带电检测。

1特高频（UHF）法

特高频检测基本原理是通过特高频天线对电力设备局放产生的特高频信号进行检测，从而判断设备局部放电状况，实现绝缘状态的判断。在电力设备运行现场，一般空间电磁的干扰频率在400MHz以下。而特高频检测的频带很高，为300MHz～1500MHz，因此可以有效避开空间中的干扰信号。同时，UHF法具有较高的灵敏度和抗干扰能力，可实现局放带电检测、定位、故障类型判断等功能。

2GIS设备局部放电实例分析

（1）特高频和超声波巡检。对该GIS设备进行特高频和超声波巡检时，发现其150间隔存在异常特高频信号，但未检测出异常超声波信号。信号的特高频PRPS和PRPD图谱如图1所示。由此可看出，该放电信号出现在工频周期的正、负半周，具有一定的对称性，其中放电信号幅值较分散，放电次数较少，且脉冲主要集中在一、三象限，符合图1（d）呈现的内部气隙的特性。通过排除外界干扰，可知该信号来自设备内部。

（2）幅值定位分析。通过特高频信号普测，发现远离母线气室的盆式绝缘子特高频信号幅值逐渐衰减。根据该GIS的内部结构，通过检测母线侧三相上、下两组盆式绝缘子的特高频信号，实现对缺陷的幅值定位。由表1可看出，A相下部测点的信号幅值最大，为-55dBm，因此该局部放电缺陷最大概率来自150间隔A相母线气室的下部。

（3）时差定位分析。如图2所示，将特高频传感器分别置于150间隔母线气室的3个盆式绝缘子处，其中检测点1、2、3分别对应3个盆式绝缘子的A、B、C三相。

通过示波器测量的放电信号波形如图3所示。其中，检测点1和3处的放电信号初始波峰相差4.5ns，且检测点1先于检测点3。而检测点1和2处放电信号的起始和初始波峰几乎同时到达，仅相差0.1ns。由此可初步判断检测点1、2的中间位置为放电点，即A、B两相气室之间。

通过测量150间隔气室中心轴线的长度绘制出如图4所示的时差计算图。根据3个检测点之间的时差和距离计算出放电源与A相传感相距87.5cm，即放电源位于A相母线气室下部。由此可判断为A相母线的支撑绝缘子存在局部放电缺陷。

3解体验证情况

为了验证检测和定位的结果，并查明该母线室内存在局部放电的原因。在合适的时间，对该母线进行了停电更换，并运送返厂进行了试验和检查。在解体检查之前，开展了局放试验。然后对母线进行了解体检查，拆除盆式绝缘子、筒体、母线电阻片和绝缘垫片等进行逐一检查，外观检查未发现异常。为了排查绝缘件表面粉尘、零部件松动等外部原因引起的局部放电这一情况，对每个部件的表面进行了清理擦拭，并重新装配再次开展局放试验。发现试验结果与解体前局放试验结果基本一致，母线内部仍然存在较大的局部放电信号。随后将电阻片和绝缘垫块等绝缘件依次进行更换后开展试验排查，最终将缺陷锁定在绝缘垫块。超声检测的优点是可以检测空心复合绝缘子的内部放电，因此检测到较多的局部放电，缺点是只能定位局部放电的大致方位，无法精确定位。紫外检测的限制是不能检测绝缘子内部的局部放电，但是，一旦局部放电出现在绝缘子表面，紫外检测可以准确显示局部放电位置。

4处理措施

通过对故障原因分析得到，主要的检修工作是将A相电缆筒以及相邻绝缘盆和内部连接导体进行更换，以及对B，C相电缆筒内部进行清洁。在恢复送电之前进行GIS三相本体耐压、A相电缆终端耐压试验、导体连接可靠性检查试验，以及水分和纯度试验。试验的主要内容如下。（1）GIS三相本体耐压：GIS耐压值按国家交接试验标准的80%进行（约294kV/1min），试验范围是A，B，C电缆筒绝缘盆至断路器断口逐相进行试验，试验套管安装在电缆筒法兰处，同时进行局部放电测量。（2）A相电缆耐压及局放试验：A相电缆使用西门子提供的试验套管进行耐压试验，耐压值216kV/1h;在耐压电缆耐压阶段，对电缆进行局部放电测量。（3）电缆终端与GIS之间的导体连接可靠性检查试验，根据厂家建议采用人工检查与电阻测量相结合的方法。经检查发现，电缆连接导体安装水平良好，耦合触头卡簧装设位置正确，测量绝缘盆到电缆终端之间的导体主回路电阻值为11μΩ，说明连接良好。（4）气体水分及纯度试验：SF6气体静置24h后，对新充气的气室进行微水及纯度检测，微水含量应不大于250mg/L;气体纯度应大于97%。

结束语

总而言之，气体绝缘开关设备因其安全运行可靠性高、低成本、低污染运行等特点，在电力系统中得到了广泛应用。但GIS设备的长时间运行以及制造和安装时存在的疏漏会导致内部绝缘缺陷，引起设备的局部放电行为。通过电容分压原理解释了放电原因与过程。解体结果验证了带电检测结论的准确性。对GIS设备内部各种绝缘缺陷的局部放电信号监测并进行分析和识别，能够为评估设备运行状态和制定可靠的检修方案提供合理依据。

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