（国网天津市电力公司检修公司 天津 300232）
摘要：了解GIS设备局部放电检测原理，搭建典型缺陷模型，分析图谱特征，并提出相应的快速识别诊断方法。
关键词：GIS设备；特高频；局部放电；模型
0 引言
GIS设备作为电力系统中重要的一次设备，快速诊断其缺陷故障保证其安全稳定运行至关重要。目前，国内外对输变电设备带电检测技术的探索和研究已有30 多年的历史。随着带电检测技术的快速发展，基于特高频法局部放电带电检测技术已逐步成为了GIS设备绝缘缺陷检测的重要手段，但由于目前国内外利用该手段对于GIS设备进行局部放电检测时，经常会受到各种外界干扰源以及环境因素的影响，且无法避免，导致故障点的查找以及放电源的类型不易识别。因此，开展基于特高频法的GIS局部放电带电检测典型缺陷快速识别的方法研究已成为日趋重要且亟需解决的课题。本文以特高频局部放电带电检测技术为手段，通过自行搭建的多种GIS典型缺陷模型为依托，开展GIS设备局部放电带电检测典型缺陷快速识别的方法研究。
1 特高频局部放电检测原理
电力设备的绝缘系统中，当只有部分区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间时，即尚未击穿，将这种现象称之为局部放电。局部放电是一种脉冲放电，它会在电力设备内部和周围空间产生一系列的声、光、电气和机械振动等物理现象和化学变化。这些伴随局部放电而产生的各种物理和化学变化可为监测电力设备内部绝缘状态提供检测信号。局部放电特高频法基本原理是通过特高频传感器对电力设备中局部放电时产生的特高频电磁波（300MHz≦f≦3GHz）信号进行检测，从而获得局部放电相关信息，实现局部放电检测。根据现场设备情况的不同，可以采用内置式特高频传感器和外置式特高频传感器，其测试基本原理如图1-1所示。
2 特高频局部放电典型缺陷模型搭建
在进行GIS特高频局部放电检测过程中，设备中常见的缺陷类型主要包括：固定金属颗粒放电、自由金属颗粒放电、金属突出物放电、高压电极接触不良放电、电晕放电、空穴放电以及悬浮电位放电等等。为准确识别故障类型及故障点，找出各类缺陷现场实际局放图谱特征，以及在今后检测中快速诊断类似缺陷，现搭建GIS设备内部相关局部放电典型缺陷模型如下：
2.1固定金属颗粒缺陷
2.1.1产生原因
固定金属是指GIS设备在生产、装配、运输和开关动作过程中不可避免在设备内部产生的金属颗粒。当这些金属运动到绝缘子表面可能会被绝缘子表面吸附，而这些金属颗粒通常会移动到低场强区而并不发生局部放电，但在有些情况下绝缘子表面的粘性污染会使金属颗粒粘连或者开关动作产生的高温使其烧熔在绝缘子表面，从而使得局部场强集中，大大降低绝缘子表面的闪络电压，引发绝缘事故。
2.1.2试验模型
在绝缘子表面固定金属颗粒局部放电的试验模型为长度5cm，直径0.8mm，平行于低钠长方向固定位置放置的单根电料铝丝，端部位于盆式绝缘子表面3cm处。
2.2自由金属颗粒缺陷
2.2.1产生原因
金属颗粒通常是由于制造工艺不良，滑动部分磨损，触头烧损和安装不慎等原因在GIS内部残留的金属屑状或者大尺寸金属颗粒（如螺钉）。他们在外电场的作用下会发生跳动或者平移等运动，在落下时会引发局部放电，在撞击外壳时还会造成导电通道。自由金属颗粒的运动能够急剧降低SF6气体的绝缘水平，当在绝缘子表面聚集时会使局部电场集中，大大降低绝缘子表面闪络电压。通常可分为金属颗粒引起的SF6气体介质击穿和金属颗粒在绝缘子表面运动形成的绝缘子沿面放电而导致的击穿。由于固体介质沿面闪络电压远低于SF6气体的击穿电压，所以绝缘子表面的自由金属颗粒更易引发GIS绝缘事故。
2.2.2试验模型
由于重力作用以及盆式绝缘子的斜面结构，GIS设备中绝缘子表面的自由金属颗粒通常位于绝缘子靠近设备外壳的底部，位于其他部位的可能性不大。因此我们建立试验模型为10颗长度为1cm，直径为0.8mm和10颗长度为2cm，直径为0.8mm，位于盆式绝缘子底部杂乱无章放置的20颗电料铝丝。
2.3金属突出物缺陷
2.3.1产生原因
GIS在制造、装配或者检修过程中导致的金属突起物。在稳态工频交流电压下，金属突出物附近形成高场强区，在电场强度达到SF6气体的起晕电压时发生电晕放电，电晕在一定程度上可以改善间隙的电场分布，削弱了电场的不均匀程度，所以在稳定的电晕放电状态下，不易导致贯通性故障。但是在操作过电压、雷电过电压或快速暂态过电压作用下，电场强度增大，电压变化梯度增强，放电通道可能发展为贯通性击穿故障。金属突起在GIS中高压导体和外壳内壁上均有可能发生，其中设备外壳的金属尖刺故障缺陷最为常见。
2.3.2试验模型
选取长度2cm，直径0.8mm位于盆式绝缘子底部且末端与GIS设备外壳相连接的1颗电料铝丝。示意图如下：
2.4高压电极接触不良
2.4.1产生原因
在GIS内部，用于改善危险部位的电场分布的屏蔽电极与高压导体或者接地导体间的电气连接通常采用轻负载接触，即连接部分只传输很小的容性电流。然而，一些连接部件在最初安装时虽然接触良好，但随着开关电器操作所产生的机械振动会导致移位或随时间推移带来的劣化，都有可能造成静电屏蔽的接触不良，从而出现悬浮电位。同时，静电屏蔽体或导体连接点机械上的不良接触又会加剧因静电力引起的机械振动，从而进一步导致接触不良，最终出现电极电位浮动。对于大多数电位浮动的电极，所形成的等效电容在充电或者放电过程中会产生局部放电，并有强电磁辐射和超声波。
2.4.2试验模型
利用试验腔体内部的高压导体屏蔽罩作为悬浮体来模拟实际GIS设备的高压电极接触不良故障。
2.5绝缘子表面高压电极故障
2.5.1产生原因
高压电极与绝缘子以及SF6气体的交界面处是GIS设备中最易发生故障的部分，不论故障的原因如何，最终的表现形式一般为交界面处的绝缘子表面出现绝缘性能较差的细枝状放电通道。
2.5.2试验模型
通过在绝缘子表面设置与高压导体相连并且长度适中的金属细丝，来模拟高压电极故障形成的放电通道，由其引发局部放电，从而实现对高压电极故障局部放电发展的研究。
3 特高频局部放电典型缺陷模型检测图谱分析与诊断
针对上述典型缺陷模型分别进行特高频法局部放电带电检测，获得典型频谱，包括各类信号的PRPS图谱、PRPD图谱和峰值检测图谱，以及各类诊断特征分析，如表3-1所示：
目前，现场实际运行中，为获取GIS设备内部的绝缘信息，通常进行停电检查与带电试验并举的周期性试验。由于在停电状态下时，无法展现绝缘状态在电场、热场和机械应力作用下发生渐变劣化的过程，同时GIS停电拆解需要消耗大量的人力、物力和财力的浪费，甚至有时无法准确判断故障源，形成大的停电事故。为弥补停电查缺的缺陷，特高频法局部放电检测技术目前也成为GIS设备内部缺陷查找的最有效手段，可通过局部放电情况，长期观测设备的绝缘状态，通过分析放电特征图谱的变化趋势，诊断出GIS设备工作时所处的安全境地。由于目前实际工作中，特高频法检测受现场各种干扰源的影响而无法通过与标准图谱比较分析故障类型，现针对该情况通过以上自行搭建的多种GIS典型缺陷模型为依托，开展GIS设备局部放电带电检测典型缺陷快速识别的方法研究。通过现场模型测试，我们找到了各种典型缺陷下图谱特征，并得出了各种缺陷下的诊断特征分析结论。
4 结束语
从现场测试的结果中可以看出，通过该模型的建立已经成功找出了GIS设备内部相关典型缺陷局部放电各自图谱的频谱特征及变化趋势，且具有普适性，今后工作中可以大大减轻现场无法准确辨识故障类型和故障点的困扰，减少设备停电时间，为快速诊断分析类似缺陷故障提供了可靠、准确地判别依据，也为开展状态检修工作提供了有力的支持，对于保障电网的供电可靠性和安全性起到了重要作用。
参考文献：
[1] 王风雷.电力设备状态监测新技术应用案例精选.北京：中国电力出版社，2009.
[2] 朱德恒，严璋，谈克雄.电气设备状态监测与故障诊断技术.北京：中国电力出版社，2009.
作者简介：
李杰华（1986-），男，国网天津市电力公司检修公司工程师，从事高压试验及状态监测工作。
论文作者:李杰华,孟艳,鲁轩,杨雪莹
论文发表刊物:《电力设备》2017年第5期
论文发表时间:2017/5/26
标签：局部论文; 绝缘子论文; 缺陷论文; 金属论文; 设备论文; 故障论文; 颗粒论文; 《电力设备》2017年第5期论文;