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摘要：针对GIS设备带电检测方法进行了论述，并对特高频局放、超声波局放及声电联合定位缺陷位置三种常见的诊断方法的优缺点进行简单比较，通过一起110kVGIS设备带电检测缺陷的现场诊断案例对带电检测方法在GIS设备中的应用进行综合分析。
关键词：GIS 带电检测 特高频局放 超声波局放 声电联合定位
引言
GIS（Gas Insulation Switchgear）设备是气体绝缘金属全封闭开关设备的简称，是将SF6断路器和其它高压电气设备（变压器除外）按照所需电气主接线方式安装在充有一定压力的SF6气体的金属壳体内所组成的成套装置，通过将断路器、隔离开关、互感器、母线、接地开关、避雷器、套管等电气设备和绝缘件封闭在金属筒内部，介以一定压力的SF6气体作为绝缘和灭弧介质。
由于GIS设备具有空间体积小、占地面积少、不受外界环境影响、运行安全可靠及配置灵活、检修周期长等优点，近年来得到越来越广泛的应用。但是另一方面，由于GIS设备的全密封性，当其内部存在局部放电缺陷时，随着运行时间局放缺陷会进一步发展，最终导致绝缘缺陷，直至事故的发生。
近年来，随着特高频局放和超声波局放的现场应用，有效地解决了GIS局放检测的问题，且该两种检测方法均为带电检测，不需对GIS设备进行停电即可进行检测，大大提升了检测效率和供电可靠性。
1.局部放电简介
在电力设备的绝缘系统中，只有部分区域发生放电，且没有贯穿施加电压的导体之间（即尚未发生击穿），这种现象称为局部放电。局部放电是由于局部电场畸变、场强集中，从而引起绝缘介质局部范围内的气体放电或击穿造成。它可能发生在导体边缘，也可能发生在绝缘体的表面或内部。若局放发生在绝缘体内部甚至会腐蚀绝缘材料，最终导致绝缘击穿，扩大事故。因此，开展局放检测是预防绝缘事故发生的有效手段，对维护设备安全稳定运行具有重要意义。
局部放电是一种脉冲放电，他可以在电力设备内部和周围空间产生一系列的声、光、电及机械振动等物理、化学变化，通过监测这些信号的变化可以间接地检测电力设备内部的局放信号。
2.GIS局部放电原因
在GIS的各类故障中，绝缘类缺陷所占比例较大，一般有内部故障缺陷、毛刺、接触不良、固体绝缘表面脏污、自有颗粒、悬浮电位等缺陷。在高电压的作用下，这些局部放电缺陷会逐渐扩大并积累，最终导致绝缘击穿。一般造成GIS局放的主要原因有：一是固定缺陷，如固体绝缘表面的凸存，导体上的毛刺及壳体上的毛刺等；二是安装工艺不符合要求存在缺陷，如灰尘、金属碎屑等自由颗粒，以及安装工艺不严造成悬浮电位放电；三是内部盆式绝缘子内部缺陷等；四是内部导体接触不良。
3.GIS局部放电检测技术
GIS设备局部放电检测现场常用特高频局放检测和超声波局放检测两种方法进行普测，当发现异常信号时，常常借助两种方法进行声电联合检测和定位，必要时借助示波器等进行进一步分析诊断。
3.1特高频局放检测
GIS内部绝缘体中绝缘强度和击穿场强都很高，当局部放电发生在很小范围内时，击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流（其上升时间小于1ns），会激发高达数GHz的电磁波。GIS特高频（简称UHF）局放检测法就是通过UHF传感器对GIS设备发生局部放电时的特高频电磁波（300MHz-3GHz）信号进行检测，从而实现局放检测。根据现场设备的情况不同，可采用内置式和外置式传感器进行检测。由于现场电晕干扰主要集中在300MHz以下，因此UHF法能有效避开电晕干扰，具有较高的检测灵敏度和抗干扰能力，对于绝缘缺陷类别容易识别，同时利用时间差法和幅值法可以实现局放的定位，其缺点是不能发现机械振动缺陷，定位只能定在一段范围内，不能实现精确定位。UHF现场检测时，通过PRPS、PRPD、峰值检测图谱特征可实现对电晕放电、悬浮电位放电、自由金属颗粒放电及绝缘放电的判断。
3.2超声波局放检测
GIS内部发生局部放电时，通常会产生冲击的振动及声音。超声波法（简称AE）就是通过AE传感器检测GIS腔体上的超声波信号，进而监测GIS设备内部局放信号。通常超声波传感器分为接触式和非接触式两种，适用于GIS局放检测的为接触式传感器，通过设置在GIS外壁的压敏传感器收集超声放电信号并对信号进行分析。AE法的优点是对机械振动类缺陷较为敏感，现场测试不受电的因素干扰，由于超声波传播衰减较大可以实现精确定位，其缺点是对固定绝缘内部缺陷十分不灵敏，检测范围较小。AE现场检测时，通过连续检测模式、相位检测模式、时域波形检测模式、脉冲检测模式和特征指数检测模式，可实现对电晕缺陷、自由金属颗粒缺陷及内部局部放电缺陷的判断。
3.3综合诊断
当特高频或超声波局放检测到异常信号时，需要借助声电联合手段并结合SF6气体分解产物成分分析等多种手段进行综合诊断分析，必要时可以借助示波器进行信号采样综合分析。
4.一起GIS局部放电案例的综合分析
2016年3月28日，在对某变电站进行例行带电检测工作中，发现该变电站110kVⅡ母母线GIS内部存在异常局放信号，经过反复检查确认，其内部柱式绝缘子存在绝缘放电现象。
4.1超声检测结果：使用超声波局放仪对110kVⅡ母母线气室进行超声波局放检测，根据超声波AE图谱分析，超声周期最大值-3dB，频率成分1幅值为0dB，频率成分2幅值为0dB，110kV II母母线气室超声波局放检测未见异常信号。
4.2特高频检测结果：使用特高频局放仪对110kVⅡ母母线气室进行特高频局放检测，检测图谱如图1所示，根据特高频PRPD/PRPS图谱（左侧图）/幅值图谱（右侧图）可以看出在110kVⅡ母母线气室B相柱式绝缘子盖板处测试到局放特高频脉冲信号，信号工频周期内两簇，工频相关性强，具有局部放电特征，放电类型判断为绝缘放电，幅值为65dB，110kVII母母线气室内存在局放异常特高频信号。
图1 特高频PRPD/PRPS图谱/幅值图谱（增益关）
4.3SF6气体成分分析：为进一步确认该气室内部局部放电的程度，现场工作人员对该气室进行了SF6气体成分检测，检测结果显示SF6气体纯度为99.99%，湿度为37.3μL/L（20℃），CO含量18.4μL/L，SO2、H2S、HF的含量均为0。
4.4局放复测：为进一步确定检测结果，3月31日，该公司又联合相关设备厂家及电科院专业人员进行综合会诊，检测过程中特高频、SF6成分分析与之前检测结果一致，超声波检测在B相柱式绝缘子底部盖板部位采用AIA-2超声波局放测试仪及T90测试仪均发现异常超声波信号（A、C相对应盖板部位超声信号正常，罐体其他部位超声信号正常），检测部位和检测结果如图2所示，根据检测图谱发现110kVⅡ母B相柱式绝缘子底部盖板测试到异常超声信号，超声信号有效值及峰值均大于背景值，存在频率成分分量，并且频率成分2大于频率成分1，相位图谱显示单周期内具有明显两簇信号，具有典型局部放电特征。
图2 超声检测位置及检测图谱
4.5局放定位：通过示波器采样分析经过对现场局放的定位，判断在110kVII母母线气室B、C相间的内部绝缘件处存在明显的绝缘放电，具体放电位置如图3所示，其中左侧为GIS实际图，右侧为对应部位的设计图，根据图纸及现场反复定位分析，综合判断110kV II母母线B相柱式绝缘子部位存在绝缘缺陷，并伴随有悬浮电位特征。
图3局放定位位置图及设计图
4.6解体检修情况：4月14日，该公司组织人员对该GIS进行解体检修，解体后发现B相柱式绝缘子内部有深灰色颜色变化，具体如图4所示。随即该公司对110kVⅡ母母线两端共6只柱式绝缘子进行更换，对其余12只柱式绝缘子固定螺栓进行紧固，对防爆片进行更换，对各密封面进行检查并更换密封圈，对110kVⅡ母母线进行检查并紧固各部固定螺栓；110kVⅡ母母线气室SF6气体密度继电器进行校验。恢复送电后，局放信号消失，证明局放检测结果与现场解体情况吻合。
图4现场解体的B相柱式绝缘子
5.经验体会
开展GIS设备局部放电检测得到越来越广泛的应用，需对GIS设备周期性开展局放检测、微水和分解物检测，发现异常信号需进行跟踪检测，对严重、危机缺陷需及时停电检修。开展带电检测工作对发现各种潜伏性缺陷具有明显的效果，可以有效发现设备内部存在的局部放电缺陷，但要通过不断的经验积累，有效排除干扰，更准确的采集局部放电信号，对设备故障进行准确的分析判断，避免事故的发生。同时应通过多种测试手段对放电信号进行综合的分析判断，可更准确的判断局部放电的类型和位置，为检修决策提供良好的数据支持。应加强设备监造，厂家对GIS进行安装的过程中一定要保证各气室元件的完整及清洁，仔细地检查每个元件有无裂纹、油污、毛刺，发现情况一定要及时处理，同时进一步加强现场安装过程中监督检查，对不满足安装条件或安装工艺不达标时应停止安装。
参考文献：
[1]中国电力出版社《GIS特高频与超声波局部放电检测》 国家电网技术学院
[2]中国电力出版社《GIS设备运行维护与故障处理》 左亚芳
[3]秦锟 超高频法检测GIS局部放电 云南电力技术 2014.4
论文作者:翟亮,郭林,闻玉琨,查辉
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/5
标签：局部论文; 缺陷论文; 信号论文; 超声波论文; 母线论文; 设备论文; 绝缘子论文; 《电力设备》2016年第15期论文;