GIS设备局部放电超声波/特高频联合检测技术及其运用

（国网河南省电力公司焦作供电公司，河南焦作 454000）

随着电压等级升高，GIS设备发生绝缘故障会造成大面积停电，GIGRE统计表明，采取有效的检测手段可避免60%的故障。国内外电力系统对GIS设备局放检测技术进行大量研究，国家电网公司发布《电力设备带电检测技术规范》，但GIS局放检测在电力系统开展水平参差不齐，对GIS设备局放检测实践经验有待积累。研究特高频与超声波检测技术，对提高电力系统GIS局放检测技术水平，保证GIS设备安全运行，提高供电可靠性具有重要现实意义。

1 GIS设备局放机理

GIS设备绝缘不同缺陷产生局放类型不同，GIS设备局放危害评估需要识别绝缘缺陷类型，GIS设备常见绝缘缺陷分为金属颗粒、金属凸起、绝缘气隙、悬浮电极与表面污秽。GF6是具有很强电负性的气体，能阻止GIS内部放电形成，由于在GIS安装施工中人为介入，操动机构磨损等多种原因，使得GIS内部存在金属微粒。为清除微粒GIS设备在投用前进行处理，但不能彻底清除金属微粒，由于GIS设备操动机构长期磨损产生金属微粒不可避免。通过释放电子形成正金属粒子，局部强场使金属电极表面电子逸出，导致光热电离，在电极间形成间歇局放通道。正金属粒子沿场强方向移向负极性电极，在与其他粒子碰撞下金属离子获得的能量越过金属导体缝隙，金属粒子接近金属导体易引起局放[1]。

GIS设备在制造中由于操作不当等原因在壳体内形成金属突起，金属突出物在稳态交流下形成局部强场，超过SF6气体击穿场强会引起电晕放电，改善金属突出物周围电场分布，金属突出物附近存在稳定电晕放电能抑制电极发生贯穿性击穿。在雷电过电压等电压幅值超过工作电压下，可能引发击穿性绝缘故障。GIS内部金属突出物局放发生在负极性电压下，局放发生于工频电压负半波峰值附近。位于壳体内局放发生于工频电压正半波峰值附近。GIS设备金属导体曲率半径小，金属突出物易引发局放。

2 GIS设备局放检测技术

GIS内部发生局放产生声光电等效应，出现相应局放检测技术，基于光化学局放检测技术灵敏度差，脉冲电流法与超声波法检测技术满足检测GIS设备内部局放要求，可通过测量出现在放电量反映局放强度，特高频法可在设备不停电下实现带电检测。

脉冲电流法是IEC60270标准推荐传统电检测方法，在检测阻抗两端产生脉冲电压，测量频率范围为10kHz～1MHz，脉冲电流法抗干扰能力差，只有采取良好屏蔽措施保证被试品周围系统局放量才能得到最佳灵敏度。脉冲电流法测试优点是能定量测量被试品局放电量，根据实际情况接好实验回路，对回路参与确定检测回路刻度因数K，通过脉冲发生器在被试品两端注入放电量脉冲信号，检测阻抗产生脉冲电压幅值U，计算得到局放视在放电量q。

局放特高频检测法原理是应用传感器对电力设备局放产生特高频电磁波信号检测，实现局放检测，基于电磁波在GIS中的传播特点发展，UHF法优点是抗干扰强，如空气中电晕产生电磁波干扰频率较低，宽频检测法可抑制干扰。对特高频通信信号有固定的中心频率，特高频法可用窄频检测法与局放信号区别。可利用同放电源发射信号达到不同位置传感器时间差对局放电源定位。高压导体金属突出物，SF6气体负离子发射电子发生脉冲放电，等值频率为特高频波段。可采用内外置式传感器，电力设备内部发生局放，产生特高频信号在GIS腔体以横向电磁波方式传播，利用外置式传感器可进行检测，如采用内置式传感器可从设备内部检测局放电激发磁波信号。

电力设备内部局放产生冲击振动机械波，超声波法通过安装传感器测量局放电信号，传感器与电力设备电气回路无联系，在现场使用时受周围环境噪声影响。超声信号在电力设备常用绝缘材料衰减较大，优点是具有定位准确度高。局放区域小，电源可视为点声源。声波传播速率与衰减特性是超声波局放定位应用的理论基础，通过提取超声波信号达到不同传感器时间差，利用传播速率实现对放电源定位，通过对比超声波检测信号强度实现对电源幅值定位。

3 GIS设备局放超声波/特高频联合检测技术

超声波检测技术是运行中的GIS理想的检测方法，可实现带电检测，不必改变设备运行方式，特高频法对电信号敏感，对绝缘内部缺陷敏感。两者联合使用是实现GIS设备局放检测的重要手段。声电联合法能对超声信息特高频信息提取，分析对比信号后判断信号是否具备一致性，有效排除现场干扰情况，提高识别缺陷类型准确度。

使用超声波/特高频联合检测技术首先使用超声波法普测，观察判断幅值图谱是否异常，通过相位图谱分析判断，通过幅值比较法定位。GIS非金属屏蔽绝缘盆子、观察窗、接地端子等位置特高频传感器，判断是否存在放电。同时测到电声信号，比较放电图谱判断是否为同放电源信号，用幅值比较通过超声波法找到放电位置。可采用声电联合定位法找到放电位置。测到特高频信号无超声波信号，通过改变传感器位置摆放排除外部干扰，通过与典型放电图谱比较确定类型，在附近放置特高频传感器定位仪器比较接收信号触发沿确定放点。测到超声波信号无特高频信号，通过设备结构分析判断是否为设备振动。

4 GIS设备局放联合检测实验

UHF传感器置于与盆式绝缘子相邻绝缘子测量，测得类似信号幅值较弱，判断信号源于盆式绝缘子。为判断信号源位置，将UHF传感器置于盆式绝缘子，采用标准触发模式触发波形，根据局放检测时域波形，蓝色通道为放入空气传感器未测到电信号，可排除信号来自空气背景可能性。红色通道波形起始上升沿早于黄色通道约6.5ns，折断成距离为195cm，如放电信号源于盆式绝缘内部，红色信号起始上升沿超前时间折算距离等于传感器距离，现场红黄色传感器距离为180cm。将黄色传感器改为放置在2751乙隔离开关气室最近盆式绝缘子。采用红色通道为触发模式，蓝色通道传感器无信号，红色通道波形起始上升沿早于黄色通道约3ns，信号源到红色传感器早于3ns，现场红黄色传感器距离与计算值相差15cm。

通道波形起始上升沿早于黄色通道约6.5ns，折断成距离为195cm，如放电信号源于盆式绝缘内部，红色传感器信号超前于绝缘子信号，时间折算距离后理论值差距在误差范围内，判断局放点在盆式绝缘子内。根据放电特征判断放电缺陷为220kV合正甲线2751相盆式绝缘子内部气隙放电。