（国网山西省电力公司检修分公司 山西省太原市 030031）
摘要：电力设备内发生局部放电时的电流脉冲（上升沿为纳秒级）能在内部激励频率高达数吉赫兹的电磁波，特高频（ultra high frequency,UHF）局部放电检测技术就是通过检测这种电磁波信号来实现局部放电检测的。特高频法检测频段高（通常为300——3000MHz），具有抗干扰能力强、检测灵敏度高等优点，可以用电力设备局部放电类缺陷的检测、定位与故障识别。目前对于特高频局部放电检测技术，国内外研究成果大多以GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）为对象。《输变电设备状态检修试试验规程Q/GDW1168-2013》、《变电设备带电检测工作指导意见》规定，GIS设备应以半年为周期，开展特高频法局部放电测试工作。因省内GIS少有内置式传感器，故通常进行外置式特高频法局部放电测试。而现场的试验过程中，作者发现该试验在现场有着工作时间长，工作效率低下的问题,通过分析统计，得出了问题症结在于进行试验时，从GIS绝缘盆上取测量信号时，因背噪干扰导致取信号时间过长、需反复提取纯净信号这一过程过于繁冗，从而导致整体试验时间过长。
关键词：电力；GIS设备；局部放电测试
0 引言
GIS（GAS INSULATED SWITCHGEAR）是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称，其由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体，故也称SF6全封闭组合电器，GIS组合电器具有占用空间小，运行可靠性高、检修周期长、不受外界环境影响等优点，目前正广泛应用于国网公司运维的各类变电站中。
在GIS组合电器的各组成部分中，重点介绍盆式绝缘子。盆式绝缘子并非全由金属制成，相比GIS的其他金属罐体部分，盆式绝缘子处提供了信号由内向外传播的通道，为外置式GIS特高频检测技术的实施提供了可能。
图1 GIS设备及其绝缘盆
GIS特高频局放检测是利用局放检测仪，将传感器贴至盆式绝缘子外壁进行信号采集，将采集到的信号图谱加以分析的试验项目。具体试验流程有：（1）准备阶段：包含组装接线、仪器调试两个环节；（2）信号采集阶段：包含屏蔽干扰同时等待信号稳定、拍摄图谱、保存图谱三个环节（3）图谱处理阶段：包含搜寻所需图谱、将图谱保存至电脑端、阅览分析图谱三个环节（4）编制试验报告：出具纸质版试验报告
1 GIS特高频局放测试试验环节的研究
1.1 环节分解
为完成本次研究，作者深入研究现场工作环境，采集各试验环节所占时间比。结合GIS特高频局放检测的操作步骤，进一步分析该站工作用时数据，并按时间占比权重由大到小排布，如表2所示。
根据排列图进行分析，可直观地看出“采集信号图谱”、平均耗时9.5min，占总工作时间的50%，共计74.6%。结论：“采集信号图谱”阶段是课题研究的主要问题。更为关键的是，该阶段耗时极差明显高于其他环节，如此高的波动性也表明了上述环节存在较大变数。所以，GIS特高频局放测试总工作时间过长的问题症结正是采集图谱环节耗时不稳定所致，重点就该环节进行研究。
1.2 耗时过长问题症结的初步研究
考虑到采集图谱信号这一环节耗时过长可能的症结因素较多，笔者选取了几个主要方向进行着重分析：
检测仪自然老化：当部分检测仪器存在老化时，会影响工作效率。
变电站干扰信号过大：GIS特高频试验采集的图谱属于电磁波信号，容易受到所在变电站背景噪声的影响，
现有屏蔽手段不合理：现行的屏蔽手段较为简陋，由工程用屏蔽服或铝箔纸进行检测探头的包裹来辅助屏蔽，可能影响采样效率。
2 GIS测试采样耗时过长根本原因的调查
GIS特高频局放测试采样环节耗时过长，关联因素众多，无法非黑即白地定性某一因素是否就影响工作时间的要因，须科学地分析某一因素能对于症结形成有多大影响。通过采取现场验证、调查分析等手段，笔者着重就各末端因素对于该末端时长的影响程度作出分析，运用统计学原理进行筹算，分析因素参数与环节用时的相关性，判定该末端因素影响症形成结的程度。
2.1 局放测试仪自然老化对于问题的影响调查
目前向试验人员配备的局放测试仪均分别为A和B两系列，数量共18台，使用时间均为一年。根据现有标准可知，从传感器采纳信号到形成波形、出具结论，局放测试仪业内标准不应大于15s。抽检各型号局放测试仪7台，平均反应时间分别为A型11s、B型13s，标准偏差s分别为1.58s、3.50s。
工程学中常采用studen’s test检验来进行样本含量较小，总体标准差δ未知的正态分布数据来推论差异发生的概率。采用统计学T型假设检验来检测仪器反应水平是否合格，进行单侧检验，检验水准（显著性水平）a=0.005，结果如下：
通过该两种仪器的假设T检验可知， A型局放检测仪的反应时间及计算统计量优于B型，故应优先使用。以A型仪器作为考察样本继续考察其使用分布情况。因分析因数据样本仅有9台，直接控制变量，统计其操作时间与环节耗时的简单统计相关关系。经检验，二者之间无相关关系。所以，局放测试仪不存在自然老化，且其损耗度对于问题症结的形成无影响。
2.2变电站干扰信号对问题的影响调查
变电站干扰电磁信号（单位：DBm）越大，对于屏蔽的要求就越高，有可能会导致屏蔽难度上升，时间变长。严谨地验证变电站干扰信号的大小是否是导致图谱采集过程快慢的直接原因，在保持其他变量相同的情况下，统计了30组单间隔特高频局放检测中“屏蔽干扰同时等待信号稳定”环节的平均用时，用作x参数，与该段工作时间内变电站的平均背景干扰信号强度用作y参数对比。
线性相关系数（Pearson product-moment correlation coefficient）是衡量两个随机变量之间线性相关程度的指标，通过计算X、Y参数的均值进行代数计算从而得出两参数的联系程度。基于表格数据无法直观进行判断，继续用相关系数计算法辅以散布图进行统计。
对散布图进行判断，相关性参数计算：=0.183
查找临界相关系数表，数据中N=30，显著性水平a取0.05，得r=0.361。由┃r┃＜r可知，两者之间不相关。所以，变电站干扰信号过大对于症结的形成无影响。
图2变电站干扰信号与环节耗时关系散布图
2.2屏蔽手段落后对问题的影响调查
在进行GIS特高频局放检测时，现有的屏蔽手段通常利用铝箔纸或屏蔽服等材料，将绝缘子盆进行三人协力包裹，仅留下检测用口供传感器贴至盆壁进行检测。根据现场使用体验，屏蔽层通常不能完全包裹橡胶层，其点体现在：（1屏蔽效果差；（2完成屏蔽时间慢。
首先分析其屏蔽效果，在试验大厅设置背景噪音源，发射频率为1.1GHz的电磁信号模拟变电站现场干扰，另一方面，还原现场铝箔纸所制的屏蔽罩并在其中放置特高频信号接收装置，检测干扰信号穿透屏蔽层后的幅值，测试现用屏蔽方式的屏蔽能力。进行10次模拟试验，由试验数据可知，现行手段的在20秒后的平均屏蔽率为93.2%，10次里仅有两次不低于95%。，屏蔽不合格，干扰信号屏蔽十分缓慢。甚至因为屏蔽手段存在漏洞，存在短暂屏蔽失效，所以出现了干扰上扬，屏蔽率滑坡。回顾了某次全站GIS设备特高频局放检测，统计制作铝箔屏蔽层的时间。通过分析，屏蔽时间占整体工作时间用时比例高达31.2%。所以，用铝箔纸制作屏蔽，无论从屏蔽功能性还是屏蔽时间而言，均是问题症结所在。
然后定义屏蔽效率=某时刻屏蔽率%/完成该屏蔽率耗时，控制其他变量稳定，统计这一参数与“屏蔽干扰同时等待信号稳定”这一环节用时，进行30次验证试验，制作散布图进行对比。
图3屏蔽效率与环节用时关系散布图
相关性参数计算：=0.848
查找临界相关系数表，数据中N=30，显著性水平a取0.05，得r=0.361。由┃r┃>>r可知，两者之间呈强烈负相关性。所以，现行屏蔽手段确已落后，对症结的形成有明显影响。
3 解决GIS测试耗时长的可行性建议
不难看出，GIS特高频局放测试耗时过长，原因正是现行屏蔽手段过于落后。针对所确定的因素，应研发新型的GIS特高频局放测试抗干扰手段，该方法要具备屏蔽较高的干扰能力，同时使用方便快捷，并尽可能的降低设计成本。笔者拟研究一种环形屏蔽罩，最大化利用空间，能完美贴合有机橡胶层，屏蔽能力强。选材上可以参考业内屏蔽服的内胆型设计，利用电磁屏蔽原理，隔绝外界信号，从而起到加速试验的目的。然而本人水平有限，具体实施设计还需大量现场试验的佐证与检验，有待日后业内进一步讨论。
4 结语
随着电网建设如火如荼地开展，带电检测作为一种不依赖停电、操作手段方便、可靠性高的检测手段已逐渐为业内所认可，然而，带电检测实行仅十余年，其检测技术尚有大量提升空间。作为GIS带电检测的主要内容之一，特高频局部放电带电检测中的背景噪声干扰是技术实施中难以回避的一个重要环节。本文初步调查了影响GIS特高频局放测试用时的因素，通过大量调查与分析，将问题的症结锁定为屏蔽手段落后，就该症结提出了初步的解决设想。为提高带电检测效率做出了有益的探索。
参考文献:
【1】王风雷 GIS设备带电检测异常判断手册.中国电力出版社2017
【2】邬德文 浅谈特高频和超声波原理及在GIS局部放电中的实际案例.《建筑工程技术与设计》深圳 2015
论文作者:侯惠文,王君阳,李锐锋
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/14
标签：屏蔽论文; 信号论文; 环节论文; 干扰论文; 图谱论文; 症结论文; 变电站论文; 《电力设备》2017年第36期论文;