摘要：GIS目前的预防性试验手段较少，为了防止GIS 的事故，有必要对GIS 内部绝缘状态，在带电状态下进行预防诊断；随着科技的发展，借助一些专业设备及软件进行分析、判断是否有异常。对GIS进行局部放电检测可以弥补耐压试验的不足，通过在线检测能发现GIS制造和安装的“清洁度”，能发现绝缘制造工艺和安装过程中的缺陷、差错，及时发现各种可能的异常或故障预兆，从而进行及时、有效的处理，确保设备安全运行，避免重大事故发生。
关键词：超声波与特高频方法；GIS局部放电；检测技术分析
1 研究背景
在电力系统整个的运行稳定性中，GIS这一设备都发挥着不可或缺的重要作用，一旦有故障发生，极有可能引起大面积的停电事故。由于受到GIS设备自身特殊性的影响，其在停电检修的操作中需要有大量的人力物力投入，此外所耗费的维修时间也相对较长，因而所造成的经济损失较大。对于GIS这一设备而言，无论是在安装、制造，还是在运行和运输环节，均可能有一定的安全隐患产生，最终形成绝缘缺陷。笔者所掌握的缺陷主要有尖端放电、固体绝缘件的内部放电、自由微粒以及悬浮放电等。文章主要是以A市的某一个220kV的变电站为案例进行分析，将对超声波、特高频、GIS局部的放电缺陷以及定位和诊断的方式方法进行分析，并将相关的解决措施阐述出来。
2 关于超声波与特高频方法下的GIS局部放电检测的方式分析
2.1 超声波法
所谓超声波局部放电的检测方法是通过对压电式传感器的利用，接收到放电时所产生的脉冲波，此方法能够在超声波定位作用下将放电位置确定出来，并且极少遭受到周围电磁的干扰，然而超声波有着复杂的信号传播途径，因而容易遭受到其他振动信号的影响。
2.2 特高频法
所谓的特高频检测法，是指在有局部放电辐射所引起的特高频电磁波的接收影响下将局部放电有效性的检测结果实现的这样一个过程，一般检测的频段为300MHz～3GHz，由于在300MHz的频段下是主要的现场电晕集中地，因而在特高频法的采用下能够将现场电源类的干扰源有效避开。在时常使用的局部带电检测设备中，如变压器、GIS以及全封闭的罐式断路器等，由于它们自身的定位精确度不足，因而必须在其他方式的结合下，共同对局部放电发生的位置进行定位，才能够满足操作的需要。
2.3 声电联合的检测方式
声电联合法能够同时对超声信息和局部放电信号中的特高频信息进行提取，在分析对比两种信号以后，能够判断出在信号中是否具备一致性，同时有助于有效地将现场干扰的情况排除掉，进而将识别缺陷类型的准确度提高。在采取声电联合定位技术的情况下，能够有效地将超声法的精确定位和特高频法的快速定位等功能结合在一起，首先通过对特高频法的利用能够将定位放电的位置初步确定出来，随后在不同位置超声波测量的进行下，能够将传播时差计算出来，并在信号传播路径的结合下，能够将局部放电的发生位置计算出来，以此来将局部放电的定位准确性提高。
3 特高频原理和超声波原理、测试方法及基本判断
3.1 基于特高频原理的研究
由于GIS波导壁为非理想导体，电磁波在GIS内部传播过程中就会有功率损耗，因此，电磁波的振幅将沿传播方向逐渐衰减，并且GIS中的SF6气体将会引起波导体积中的介质损耗，也会造成波的衰减。这种衰减具有1μS左右的衰减时间常数，它的衰减量要比信号在绝缘子处由于反射造成的能量损耗低得多。研究表明，1GHz的电磁波在直径为0.5m的GIS内传播所产生的衰减只有3～5dBm/km。因此在用波导理论进行局部放电仿真和测量时可以不考虑这种衰减。
GIS有许多法兰连接的盆式绝缘子、拐弯结构和T型接头、隔离开关及断路器等不连续点，特高频信号在GIS内传播过程中经过这些结构处时，必然会造成衰减。有研究表明，信号在绝缘子和T型接头处的反射是造成信号能量损失的主要原因，并通过计算，初步确定绝缘子处的能量衰减为3dB，T型接头处的能量衰减为10dB。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆 根据电磁辐射原理，当电磁波在GIS体外空气中传播时，其电场强度E正比于1/r，信号能量p正比于1/r2，其中r为局部放电源到传感器的直线距离。
根据GIS中电磁波的传播特点，可以利用特高频传感器接收其中500～3000MHz的特高频信号进行检测，可避免常规电磁脉冲干扰。这是因为空气中的电晕放电等电磁干扰频率一般在500MHz以下，利用一个加有500MHz的高通滤波器的特高频放大器就可解决干扰问题，从而提高局部放电检测的信噪比。
3.2 基于特高频原理测量局部放电方法
（1）接好仪器，设置后台测量软件的初始状态；
（2）用标准放电波形发生器对局放测量仪进行检验，检查后台软件显示波形的相位特征是否相符，诊断专家库给出的结论是否正确。如检验通过则继续下面步骤，如检验未通过则考虑检查标准放电波形发生器是否存在故障或不准确。
（3）将外置传感器紧密贴于盆式绝缘子与空气接触的外表面，观察后台软件显示的波形：
①存在放电信号或较大干扰时，在该绝缘子上变换测量位置3-5次，并将干扰传感器置于测量位置附近。
②若干扰无法消除，考虑加入1100-1500kMHz带通滤波器，并重新执行步骤（2）。
③发现放电信号中具有颗粒放电特征时，应选中“accumulated”选项观察累计电荷的放电相位。
④发现波形具有放电特征时，点击软件右上方的“trig”进行生成报告的操作。
⑤诊断专家库给出的结论是一个重要的参考。
3.3 故障方向的基本判断
使用超声波和特高频两种方法进行测试，特高频法抗干扰性能强，对电信号灵敏，但实现设备缺陷的精确定位比较困难。而超声波法则可实现设备缺陷的精确定位。通过两种方法所得波形的对比，综合分析放电的特点。
（1）在GIS盆式绝缘子处放置特高频传感器，进行电磁波信号的测量，判断是否存在电磁信号。
（2）使用超声波传感器逐点进行声信号检测，判断是否存在声信号。之后根据出现的几种具体情况进行进一步的分析判断：
A、如果电信号和声信号都存在，则使用特高频法根据盆子的位置进行粗略定位，同时使用超声波法进行精确定位，如果两者都定位到同一个GIS盆子且表征一致，则判断该盆子内部存在放电故障，具有绝缘缺陷，判断放电的种类。
B、如果只测量到了特高频电磁波信号而没有超声波信号，则应改变传感器的位置摆放和屏蔽源摆放位置判断是否周围设备发生局部放电或者是存在另外的干扰源。并对GIS设备进行重点跟踪观察。
C、如果超声波测量到声信号而特高频法没有测量到电磁波信号，则使用超声波法在超声波信号最大的部位进行精确定位。通过具体位置及设备结构进行分析，是否是设备本身的正常震动或者是设备的结构导致特高频信号衰减很大，不能通过检测位置测量到。并对设备进行重点跟踪观察。
D、如果特高频和超声波信号都没有反应，则应判断设备完好，没有局部放电信号。
结语
采用超声波发对GIS局部放电进行检测是一项十分繁琐的工作，虽然采用超声波发对GIS局部放电检测有了一定的进展，但还有许多问题有待解决，如在现场对GIS局部放电进行检测时，外界环境过于复杂，其中存在着大量未知的干扰，怎么去抑制外界干扰来得到正确的关于局部放电的数据是今后要面临的一项挑战；另外，GIS存在的绝缘缺陷的类型繁多，不同的绝缘缺陷类型会表现出不同的形态，今后还要不断努力去精确确认各种局部放电类型。
参考文献
[1]刘山.基于超声波、特高频方法的GIS局部放电检测技术研究[D].华北电力大学，2015.
论文作者:张润泽
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/5
标签：局部论文; 信号论文; 超声波论文; 电磁波论文; 设备论文; 绝缘子论文; 测量论文; 《电力设备》2018年第6期论文;