高压GIS设备局部放电检测特性的研究

李涛 安德宝 冯加坤

摘 要：目前，我国的经济在快速发展，社会在不断进步，GIS（GasInsulatedSwitchgear，气体绝缘金属封闭开关设备）是以SF6气体作为绝缘介质的高压电气设备，相比于传统输电设备，GIS有着结构紧凑、占地面积小、运行安全、可靠性高、维护量小、电磁辐射小等诸多优势。GIS设备由铝合金外壳封闭而成，因此当绝缘内部出现局部性缺陷时不易被发觉，发展到一定程度后，就会造成绝缘击穿。局部放电检测技术是GIS运行状态评估的有效手段，可以提前发现GIS内部早期的局部放电，加以识别并及时跟踪处理，提高了设备运行的可靠性。

关键词：GIS;局部放电;特高频;超声波;检测特性

引 言

GIS属于高压电气设备，在外部电压的影响下，设备周围会形成一定电场，场强很大，足以使设备出现放电现象。这种现象作用范围有限，放电通道也不固定，但会对设备的绝缘性能造成破坏。当这种局部放电现象出现次数过多或放电量太大，整个设备的绝缘结构都会失效。局部放电检测方法有多种，相关人员要从中选出最佳方法来进行在线检测。本文主要针对GIS局部放电检测方法进行浅析。

一、声电联合法的GIS局部放电检测

超声波检测法通过接收安装在GIS腔体外壁的超声波传感器来检测局放源发出的超声波信号，受外界噪声的影响小，抗干扰能力强，定位精度高。超声波法在实际应用存在以下问题：（1）需要通过黏结剂将传感器贴在GIS壳体表面，粘贴的效果对测量结果影响很大;（2）在电力设备介质中衰减较大，影响了检测的有效空间范围。超高频检测法（UHF）通过UHF传感器对GIS设备中发生局部放电时产生的超高频电磁波信号进行检测，从而获得局部放电的相关信息。UHF法由于检测频率高，能够有效避开现场电晕等干扰，检测灵敏度高，可实现绝缘缺陷类型识别。但是UHF法难以实现局部放电的精确定位，定位范围往往确定在1～2个气室内。本文提出的GIS局部放电的声电联合测试法，是将超高频测试法与超声波测试法相结合，如在检测过程中发现异常信号，两种方法可互相验证，还可以通过声电联合法实现对缺陷的精确定位。UHF法与超声法两种方法具有互补特性，采用声电联合法技术还可实现GIS局部放电在线检测。声电联合法既具有UHF法不受设备机械振动等环境影响、定位快速的特性，又具备了超声的抗电气干扰能力强、定位准确的优点。

二、高压GIS设备局部放电检测特性的研究

2.1盆式绝缘子的放电

目前在GIS交流耐压试验中，往往允许在老练过程中出现1-2次放电击穿，如果重新升压后，GIS耐受了lmin，无击穿或闪络，仍认为GIS耐压试验合格。这样做的原因是认为老练中的击穿会将电极毛刺和遗留异物烧掉，不会对主绝缘构成破壞。但是如果在耐压中发生了绝缘子表面的闪络，则很有可能对绝缘子固体绝缘造成损伤。闪络后的绝缘子经过一段恢复时间后通常能够承受工频耐压，目前的交流耐压试验中还不能判断老练击穿的发生部位，因此很多GIS中很可能己经有这些表面闪络的绝缘子在运行。这些绝缘子的性能会逐渐劣化，具有安全隐患，研究表明可以通过局部放电检测发现经受了闪络的绝缘子。试验研究在GIS内安装闪络后的绝缘子，使其交流耐压合格，然后检测GIS内部是否有局部放电出现。闪络痕迹长约1Ocm，贯穿中心导体和外壳密封圈，痕迹宽约lOmm，痕迹中央有碳化线条。SF6气体的表压为0.45MPa，外施电压5OkV。

2.2加强设备的质量监督

设备在出厂前，必须经过严格的质量检查，如果不合格，要求查明原因，并加以解决，必须保证产品的高质量。对于特殊的元件，例如绝缘件的制作，在加工时应做特殊加工。此外，务必重视生产车间的环境和清洁度。（1）建立完善的质量保证体系，进行多级检查，并做好检查记录，上道工序未达标，坚决不进行下道工序。对于出售的设备，进行定期检查，一旦发现问题，立即停止作业，查明原因及时解决。（2）重视技术创新，加大管理力度，制订相应的标准和规程，加强工作人员的安全意识，促使其尽职尽责，保证设备的合格率。加强技术人员交流，在处理重大故障时，由多人共同商榷，集思广益，全面考虑，制订出可行的对策，同时聘请业内的专家教授进行现场指导，学习更多的新方法、新技术。

2.3超声波检测法

在这种方法中，需要准备SF6气体，在方法落实中，要对其进行观察，并促使其后续变化能形成超声波。在具体试验检测中，GIS设备的局部放电会产生电流脉冲，在该脉冲的作用下，放电部位周围温度会飙升，该处的气体受温度变化影响，体积会变大。当温度降低或温度不再发生升高变化时，气体体积会恢复原状，局部放电处相关区域体积也会缩小。在该区域体积发生变化前后，该处的相关介质密集程度也不再保持原状，这会直接产生超声波。相关人员在利用该种设备检测放电现象时，一般需要对放电过程中产生的信息进行采集和分析，采集设备为传感器，主要安装在GIS设备外表面上，这种传感器会对实际中产生的超声波进行采集。传感器独立运行，并不会对其他设备造成干扰，其本身运行也不会受到任何干扰。相关人员要保证传感器位置准确、安装有效，如此GIS设备才会接受全面检测，局部放电现象的检测精度才会提高。

2.4 GIS内金属微粒的放电

在交流耐压中闪络或运行中击穿的GIS内部，往往发现金属微粒。这些微粒可能来自机加工碎屑、装配遗留、开关触头摩损等。金属微粒会改变GIS内电场的分布，造成局部场强的升高，也会感应带电，从而引起放电性故障。若金属自由微粒在极间发生跳动，则对SF6气体的绝缘性能产生更不利的影响，危害性极大，最终导致接地故障。

2.5 GIS内绝缘丝线的放电

在GIS组装的最后工序中，有清洁内部壳体和导体的要求，在用棉布清理的过程中，若不注意可能会留下棉线。在GIS现场装配和解体过程中，要求尽量使用专用的清洁纸，避免棉布掉毛或棉线刮到导体和绝缘子上。作业人员在施工时，劳保衣服也有可能存在线头掉落，所以在设备封口前，必须仔细检查并确认无任何异物遗留。本次模拟试验中将长85mm的一根棉线放在导体屏蔽罩下方的母线筒壁上。SF6气体的表压为0.45MPa，外施电压40kVo。

结 语

随着科技的发展，GIS设备在水电工程建设中必将发挥重要的作用，但其频繁发生故障也是阻碍GIS设备应用普及的主要问题之一。本文通过对GIS设备局部放电的分析，提出防患局部放电故障的对策，对实际运行、维修工作具有一定的参考价值。对于运行期间发生的故障，应找准原因，及时采取相应措施解决，避免产生严重的事故;在平常应加大对设备的检修力度，积极摸索新型的检测手段，对于设备的安全运行及水电工程的发展具有重要的意义。

参考文献

[1] 张伯虎.66kV智能变电站设计及智能化开关电气设备的配置[D].大连理工大学，2018.

[2] 丁然.GIS局部放电检测机理与精确定位研究[D].中国矿业大学，2017.

[3] 邱炜，徐清鹏，蔡川，等.一起220kVGIS母线支柱绝缘子故障定位与分析[J].电工电气，2019（07）：46-50.

[4] 刘媛，杨景刚，贾勇勇，等.基于振动原理的GIS隔离开关触头接触状态检测技术[J].高电压技术，2019，45（05）：1591-1599.