云南电网有限责任公司昆明供电局
0.引言
伴随着我国电力行业的持续性发展，当前电力行业正处于快速发展阶段，为了更好的保障电力系统的运行可靠性与稳定性，对电力设备提供的安全性也在随之提升。以SF6作为绝缘介质的气体绝缘金属封闭式开关设备，也就是GIS设备，其可以将变电站当中除了变压器之外的电气设备实现一体化融合，和常规的变电站相比有着更高的结构紧凑性，在缩小占地面积的同时也减少了外界环境的负面影响，实现更高性能、更高检修周期以及更高经济效益的运行，但是如何做好对GIS设备的安全性监测便显得更加重要。对此，探讨GIS设备局放在线监测技术的应用具备显著安全性价值。
1.GIS设备
GIS设备简单而言就是将以往变电站当中除了变压器以外的设备，如隔离开关、接地开关、断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线以及出现套管等全部封装到了接地的金属外壳当中，壳内主要是以0.3到0.4MPa的SF6气体作为绝缘与灭弧的介质，GIS在城市电网当中的应用相对比较广泛，国外的GIS建设与常规变电站的空间占比约为1：6[1]。GIS的安全运行对整个电力系统的稳定性有着决定性影响，一旦发生任何故障都有可能导致局部甚至整个地区发生停电。因为GIS属于大型的封闭性结构，停电检修过程中不仅需要投入大量的人力资源、物力资源，同时还需要较长的维修成本与时间，这也会导致更加严重的损失。对此，在GIS发生故障之前准确的发现其内部的缺陷并及时处理非常重要[2]。当前对于GIS的监测与试验方式非常多，例如出厂之前的检验、安装之后的试验以及运行之后的检验、气体实验等。虽然GIS投入运行之前的检验方式比较成熟，但是在投入使用之后的检验技术并不成熟，仍然存在改进空间。
局部放电属于GIS内部绝缘遭受损害的主要预先性因素，一般发生原因比较复杂，有以下几种：浇筑的绝缘内部存在杂质或空洞；绝缘表面或金属表面存在突起或尖端；因为安装不规范或开关分合效果较差导致颗粒状或丝状的金属微粒存在，微粒附着在绝缘表面从而到外科底部的金属微粒在电力影响下不断跳跃从而形成局部放电；金属屏蔽的固定位置接触不良；触头发生严重接触不良从而导致触头之间发生局部放电。局部放电对于GIS设备而言属于高度危险因素，一旦发生轻微的放电，如果不及时排查问题会导致严重的绝缘问题，从而引发严重后果。对此，做好GIS设备局放在线监测技术非常重要。
2.GIS设备局放在线监测技术
GIS设备的局部放电会在外壳中形成一定的电流，从而促使接地线上存在高频放电脉冲，局部方电还会导致气体的压力快速提升，促使GIS设备气体当中形成纵波与超声波，同时在金属外壳中应用多种声波[3]。从近些年国内外的研究来看，GIS设备的局部放电主要监测方式有以下几种。
2.1化学法
在GIS设备内，部电弧放电的影响之下，部分SF6气体会发生分解，此时SOF2与SO2F2属于主要的分解物，按照SOF2与SO2F2的浓度，可以准确判断GSI设备的内部是否放电以及严重程度，其优势在于监测的结果不会因为外界的电磁而形成感染。但是也存在一定的维内托，例如短脉冲放电无法形成足够的分解物，导致判断结果不准确。
2.2超声波法
GIS设备内部的局部放电会形成一定的声波，主要是以横波、纵波以及表面波为主，在腔体的外壁当中传播的声波除了纵波以外，还会涉及到横波，所以应用超声波传感器接受局部放电所形成的振动信号，也设计实现对GIS设备内部局部放电情况的监测作用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因为局部放电的声波与金属撞击会呈现出不同的机械频率，为了有效的去除声源性干扰，超声波测量的局部放电设备主要是以60到300KHz，超声波法的优势在于传感器和GIS设备内部的电气回路无直接影响，不会因为电气因素影响，但是缺陷在于现场存在许多其他声源，监测精度可靠性比较低。
2.3特高频监测法
在GIS设备运行过程中会充满高气压的SF6气体，绝缘强度与击穿强度都比较高，在局部放电存在小范围内的时候，气体击穿的过程会相当快，从而形成比较陡的脉冲电流。在对信号频谱进行分析的时候，会发现中频率成分可以达到多吉赫兹，同时脉冲会向四周辐射出特高频率的电磁波，同时GIS设备墙体结构会同比一个良好的同轴波导，借助对同轴波导的概念可以实现特高频信号的监测，实现在线监测效果。因为GIS设备中波导壁属于非理想性的导体，电磁波在GIS设备传播过程中会呈现出功率衰减，此时电磁波的振幅会随着传播方向而逐渐的下降，同时GIS设备当中SF6气体也会随着波导体积的介质发生改变，从而形成波的衰减。这一种衰减量相对于信号在绝缘子位置以为反射所导致的能量损耗更低，有研究发现，1GHZ的电磁波在直径0.5米的GIS设备中传播衰竭只有5db/km，所以在波导理论中可以不考虑衰减问题。
GIS设备有许多的法兰连接的结构，特高频信号在GIS设备内部传播当中通过这一些结构的时候必然会形成一定的衰减，发现信号在绝缘子与T形接头位置的反射属于信号能量损失的主要途径，借助反复的计算可以基本明确绝缘子位置的能量衰减为3db，T形的接头位置能量衰减一般可以稳定在10db左右。按照电磁辐射的基本理论，在电磁波处于GIS设备内部传播时，电场的强度与信号能量成正比，并与局部放电源的传感器直线距离有直接关系，按照传播特性，可以通过特高频传感器当中500到3000MHZ的特高频信号实现监测，规避常规的脉冲干扰。其主要是因为空气当中的电晕放电等电磁干扰的频率属于500MHZ以下，通过添加一个500MHZ的高通滤波器特高频放大器便可以消除其他外界干扰，从而实现提升内部信噪比的作用。GIS设备局放在线监测技术的应用中特高频监测方式的应用价值最为突出，但是也存在一定的缺陷和技术性的维内托，例如：1、国外常用在GIS设备出厂之前，会将特高频传感器放置在设备的内部，检测效果比较理想，可以应用在长期监测项目中。但是，国内的大多数厂家都不具备这一条件，一般会将特高频传感器放入在盆式绝缘子上实现局部放电的监测，在不应用良好屏蔽措施的基础上检测结果无法受到外界影响，同时也不利于长期性、固定性的监测；2、现场的测量当中存在缺陷。因为缺陷存在不同的位置处，所以形成的放电类型并不相同，放电量也存在差异，是否可以通过特高频方式实现对内部放电形式的准确判断也是关键性问题之一，有待进一步研究解决；3、有许多研究发现，特高频方式当前并不能明确GIS设备内部的放电量情况，但是在局部放电问题监测方面，可以在放电量属于设备绝缘情况是否严重的主要标准，这一方面有待解决。
3.结语
综上所述，在GIS设备设备运用过程中必须高度重视在线监测系统的应用，不仅需要做好内部传感器的质量监测，同时还需要做好长期性的在线监测，及时识别放电的类型以及可能导致的故障问题，准确判断故障的部位，做好故障的及时性预防，从而提高GIS设备的应用效益。
【参考文献】
[1]舒胜文，陈金祥，陈彬，etal.应用正向传输系数的GIS局部放电UHF传感器布置方式现场校核方法[J].电网技术，2016，40(9):2910-2916.
[2]叶会生，陈晓林，周挺，etal.提升双树复小波在GIS局部放电监测白噪声抑制的应用[J].高电压技术，2017，43(3):851-858.
[3]吴昊，罗颖婷，荣智海，etal.基于数据驱动的GIS设备局部放电信号辨识及空间定位方法[J].南方电网技术，2017，11(11)：233-234.
论文作者:施涛 方勇 邹璟 王清波 赵荣普 李骞 代正元 陈永琴
论文发表刊物:《科技尚品》2018年第12期
论文发表时间:2019/7/18
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