摘要：随着国家特高输电战略的逐步实施和建设智能电网计划的不断完善，GIS设备在整个电网中的应用越来越多。应用超声波法和超高频法综合检测技术，对GIS、开关柜及部分异常设备进行检测，发现GIS 及开关柜等多起设备隐患．并采取相应措施进行了处理．确保了电网的安全运行。超声波法和超高频法均是现场局部放电的主要检测方法。超声波法对自由颗粒缺陷具有较高的灵敏度；超高频法对设备内部的金属尖端放电、接触不良放电、GIS 盆式绝缘子上的自由金属颗粒和内部缺陷反映较灵敏，使用时可根据实际情况进行选择。
关键词：特高频；超声波；综合应用
GIS由于内空极为有限，导致工作场强很高，内部绝缘裕度相对较小，在严格控制的环境条件下，SF6 气体的击穿强度可望达到相当高的水平，但实际上由于组装环境等因素影响，通常只能达到期望值的一半左右，甚至更低。一旦GIS 设备内部出现绝缘缺陷，极易发生设备故障，而且引起的停电时间长，检修费用高.事故分析表明，悬浮微粒或污染物进入GIS 盆式绝缘子内侧根部区域．改变了气室内部的空间电场分布，导致局部电场发生畸变，最终由悬浮微粒或污染物引起盆式绝缘子中心导体沿面对外壳放电。特高频／超声波局放测量技术能有效检测GIS 设备缺陷导致的局部放电，能及时发现和避免GIS 事故的发生，保障GIS 设备的安全稳定运行。
1GIS 局部放电检测原理
超声波法、特高频法是目前国内外GIS 局放检测的主要手段，它们都是通过对接收信号进行数据分析，重点关注特征量大小，与典型图谱进行对比，以检测GIS 中各种类型的缺陷，如毛刺放电、自由颗粒、悬浮屏蔽、绝缘子上的颗粒等。
1、特高频局部放电检测原理。当局部放电在小范围内发生时，气体击穿过程很快，将产生持续时间为ns级的脉冲电流，同时向周围辐射出0.3-3GHZ的电磁波，其在GIS 中是以TEM波和TM波形式传播的，GIS 的同轴结构相当于导引电磁波的波导管，1个GIS 系统如同一系列的谐振腔，谐振腔中信号衰减较小，通常1个ns级的局部放电信号可以持续10ms以上。特高频检测法使用特高频传感器接收这些电磁波，进而分析GIS 内部有无放电、其放电强度及缺陷类型等信息。特高频检测法克服了传统的脉冲电流法测量频率低、频带窄的缺点，可以较全面地研究局部放电的特征。
2、超声波局部放电检测原理。GIS 发生局部放电时分子间剧烈碰撞并在宏观上瞬间形成一种压力，产生超声波脉冲，信号波长较短，方向性较强，因此它的能量较为集中。将基于谐振原理的声发射传感器置于设备外壳上检测这一脉冲信号，然后经过前置放大、滤波、放大、检波等处理环节，进而通过信号分析以确定设备的绝缘状况。
2特高频和超声波检测技术的应用
1、超声波检测技术。局部放电在产生电磁渡的同时，还会产生声波信号。超声波（AE）局部放电检测技是指对频率介于20-200kHz 区间的声信号进行采集、分析、判断的一种检测方法.通过在设备外壳上安装超声传感器检测内部局部放电所产生的超声信号，以达到检测、识别和定位GIS 或变压器中局部放电缺陷的目的。超声波法有一个明显的优势。就是可在出现放电活动之前，检测到GIS 内部可能存在的悬浮金属颗粒，并可鉴定这些颗粒的大小并评估它的危害程度。而对于特高频检测法和传统的脉冲电流检测法，则通常不会对这些尚未形成放电的潜伏性缺陷做出响应。
2、特高频检测技术。各类设备局部放电以电磁波的形式向外传播，通过超高频传感器接收这些信号可实现对局部放电缺陷的检测和定位，并易于保证现场干扰环境下的信噪比和灵敏度。特高频（UHF）检测技术，是在300-1500MHz 内接收局部放电所产生的特高频电磁脉冲信号。根据电磁波理论，在金属覆盖的装置内检测电磁波信号时，若波长小于外壳的尺寸，则信号传播时衰减很小，故从放电源发射的UHF 电磁波，在经过多次折、反射后，最终均能基本无衰减地到达传感器部位。GIS 设备的多处位置都装有盆式绝缘子，这些绝缘子均为非铁磁材料，可以透射特高频电磁波信号。当GIS 设备局部放电产生的电磁波沿金属轴传播时，部分信号可通过绝缘子向外辐射，通过设备体外检测方式，可以接收到从这些部位泄漏出来的局部放电特高频电磁渡信号。虽然通过盆式绝缘子缝隙传播出的特高频信号相对较弱，但由于GIS 上众多的盆式绝缘子提供了众多的可检测位置，更容易把传感器靠近信号源。尤其是检测来自盆式绝缘子上的局部放电信号时，可避免信号长距离传播所产生的衰减。
3、检测技术的对比。UHF 法和AE 法是目前现场检测局部放电的常用方法，也是目前国际上公认的、最适合现场使用的局部放电检测技术。其有效性得到国际大电网会议CIGRE 联合工作组的一致认同。目前，这种灵敏的、几乎无干扰的技术，已被广泛应用于高压电力设备的局部放电在线监测或巡检工作。根据国际大电网会议CIGRE WG33，23-12 工作组对GIS 局部放电检澍方法的研究，认为UHF 法的抗干扰能力最好，检测范围较大．且对所有放电类型都比较敏感；而超声波法则对测量近距离范围内的自由移动颗粒比较灵敏，且便于确定故障的位置。UHF 法和AE 法作为2 种不同的检测手段，各有优缺点。可起到相互补充的作用。
4、在开关柜中的应用
该供电局110 kV 某站开关柜隔做局部放电测试，特高频频带为1175-1225 MHz。如图。
1）将特高频传感器靠近放电部位时，特高频信号幅度峰值Qp、幅度均值Qm、相位分布Pw 都偏大，整体波形也明显增大。分析表明开关柜内部存在放电特征，建议加强追踪巡视，缩短试验周期，尽快停电检查，采取检修处理。
2）检查处理。对该站主变压器及三侧停电，对开关柜进行检查，发现手车开关与母线连接的导电臂与开关柜进出车挡板处有放电痕迹；对挡板进行绝缘试验时，发现两挡板绝缘均为13 MΩ，远远小于正常运行规定的数值。由此可断定，放电异响声的故障为绝缘挡板的绝缘不足而导致。检修人员将绝缘已降低的挡板更换为经试验合格绝缘良好的挡板，送电后进行局放测试，未发现异常。
结论
特高频和超声波检测法作为局部放电的检测手段，各有优势可互为补充。超声波对自由颗粒较为敏感，且易于故障定位，但容易受到测量现场的高频机械振动、电磁噪声、线圈磁滞损耗等因素的干扰。特高频检测法对设备内部缺陷极为有效，且抗干扰能力好，特高频法对GIS、开关柜内部各种放电类型的电磁信号都有比较良好的检测灵敏度，而且有效检测范围大，检测效率高。特高频和超声波技术的联合应用给GIs 等设备的安全运行带来了新的技术保障，发挥了良好的作用，值得推广。
特高频和超声波检测法作为局部放电的检测手段，各有优势可互为补充。超声波对自由颗粒较为敏感，且易于故障定位，但容易受到测量现场的高频机械振动、电磁噪声、线圈磁滞损耗等因素的干扰。特高频检测法对设备内部缺陷极为有效，且抗干扰能力好，特高频法对GIS、开关柜内部各种放电类型的电磁信号都有比较良好的检测灵敏度，而且有效检测范围大，检测效率高。
参考文献：
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[3] 刘新宇，徐正江.开关柜局部放电检测技术的应用[J].新疆电力技术，2013，12（4）：13- 15.
论文作者:吕绍杰,王冠,庞博
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/18
标签：局部论文; 超声波论文; 信号论文; 绝缘子论文; 设备论文; 开关柜论文; 电磁波论文; 《基层建设》2018年第32期论文;