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摘要：GIS的运行状态对电力系统的稳定运行及供电可靠性具有重大影响。文章简介GIS局部放电带电检测技术中常用的检测技术：超声波检测技术、特高频检测技术，重点结合两个GIS局放处理案例进行详细分析，提出了针对局放问题的处理建议。
关键词：特高频检测；超声波检测；GIS局部放电
引言
随着电力设备数量的增长，GIS已成为电网的重要组成部分，其供电的稳定性直接影响经济社会的各行各业。
局部放电是引发GIS绝缘故障的主要原因。GIS的带电局部放电检测与故障诊断，是GIS设备实现状态检修的重要状态信息量，是保证设备安全可靠运行的关键。常见的GIS带电检测方法有特高频法、超声波法。
1 GIS局部放电概念及检测方法概述
1.1 GIS局部放电概念
在GIS绝缘系统中，各部位的电场强度存在差异，某个区域的电场强度一旦达到其击穿场强时，该区域就会出现放电现象，但施加电压的两个导体之间并未贯穿整个放电过程，即放电未击穿绝缘系统，这种现象即为局部放电。
GIS局部放电典型类型包含悬浮放电、尖端放电、自由金属颗粒放电、内部气隙放电。
●悬浮放电
悬浮放电是指设备内部某一金属部件与导体或接地体失去电位连接，存在一较小间隙，从而产生的接触不良放电。PRPS谱图具有“内八字”或“外八字”分布特征。
●尖端放电
尖端放电主要由设备内部导体、外壳毛刺等引起，是气体中极不均匀电场所特有的一种放电现象。该类缺陷较小时，往往会逐渐烧蚀掉，对设备的危害较小，但在过电压作用下仍旧会存在设备击穿隐患，应根据信号幅值大小给出合理的检修策略。
●自由金属颗粒放电
自由金属颗粒放电主要由设备安装过程或开关动作过程产生的金属碎屑而引起，随着设备内部电场周期性变化，金属微粒随机性移动或跳动，当微粒在高压导体和低压外壳之间跳动幅度加大时，则存在设备击穿危险。
●内部气隙放电
内部气隙是绝缘内部存在空穴、裂纹等引起的设备内部非贯穿性放电现象，且与工频电场具有明显的相关性，是引起绝缘击穿的主要威胁。
1.2 GIS局部放电检测方法
●特高频法
特高频法基本原理是通过特高频传感器对电力设备局部放电产生的特高频（300M-3000MHz）信号进行检测，从而判断设备局部放电状况，实现对绝缘状态的判断，而由于现场干扰主要集中于300MHz频段以下，因此特高频法能有效的避开干扰信号，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，可实现局部放电带电检测、定位、故障类型判断等。
●超声波法
局部放电，伴随有爆裂状的声发射，产生超声波，且很快向四周介质传播。通过安装在电力设备外壁上的超声波传感器，将超声波信号转换为电信号，就能对设备的局部放电水平进行测量。
2 GIS局放检测技术对比
从表2.1可以看出电磁测量法和声音测量法各自优势明显，但也存在对个别放电类型的检测的不敏感，因此需要在带电检测过程中结合使用电磁测量法和声测量法，目前在GIS带电检测中综合运用不同的检测方法，通过专业分析才能做到对设备运行状况最客观的评估，从而做出合理的决策，而声－电联合测试是局部放电检测的最佳选择！
3 案例一：局放检测超声异常发现导体连接处卡簧松动缺陷
2016年3月份，运维人员在某变电站巡视发现220kVGIS正母线筒位于2601间隔处有轻微的疑似放电声，检修单位紧急组织检修试验人员赴现场进行带电检测，同时汇报上级专业管理部门及电科院，并联系厂家。
现场将GIS室内的排风扇等声源全部关闭，能够在2601间隔处听到微弱的阵发性的“吱吱”声。查阅去年带电检测报告，并无此缺陷。当日紧急联系了三家测试单位进行了反复多次对比测试，测试结果基本一致，即超声波检测有明显信号，而特高频检测无异常信号。经过长时间精确定位找点测量，最终定位了局放最大值点在吸附剂盖左边相邻壳体上，局放值为20db，跟踪检测36小时后局放值有所增大，至25db左右。（见图3.1）
该站220kV GIS于2002年投运，共计9个间隔。针对上述缺陷，检修部门及省公司专业人员和厂家人员立即共同至现场进行会诊。
图3.1 GIS现场局放测试图
经检查，该站GIS母线筒内的母线支撑方式为绝缘子支撑结构，无盆式绝缘子。正常的GIS运行中是测不到超声波信号的，该站测到的母线筒上局放最高点对应的设备内部即为母线支撑绝缘子。因测试仅有超声波信号，故怀疑有可能是支撑绝缘子与筒壁或导体连接处松动所致，或导体触头连接部件松动使声音信号传导所致。（见图3.2）
图3.3 同结构其它位置超声波检测图谱
通过对比图3.2和3.3在相同结构下不同位置测试的超声波图谱，可以说明图3.2超声波信号异常，而3.3为正常图谱。在现场超声波检测过程中一是佩戴耳机对声音进行判断，二是根据幅值等图谱共同来判断检测位置是否存在异常。经过专业人员共同分析确定该缺陷为紧急缺陷，确定紧急停电对正母线进行检查。
在停电过程中，操作到该段母线无负荷电流时，值班员发现原放电声消失了。据此我们进一步判断母线导体连接部件松动可能性很大。
停电后开盖对桶内进行仔细反复检查，首先排除了吸附剂罩局部松动、母线支撑绝缘件表面异常等情况，导体耦合触头也是连接牢固。但用手指轻敲导体耦合触头，发现B相导体耦合触头发出金属震动的“铛铛”声，而A、B相无此现象。经对比耦合触头剖视图及该部件的安装流程，判断该声音是卡簧松动引起的。
现场拆下B相导体耦合触头卡簧，并与新的卡簧进行对比，卡簧的外径已经超过标准值，虽暂时还能卡住触头，但随着运行时间的增加，该处容易出现震动疲劳、卡簧断裂的隐患。对该卡簧进行了更换后敲击无声音。
结合局放测试仪图谱（图谱见3.2）及卡簧松动情况综合判断，B相导体耦合触头卡簧松动，由于该段母线为三相共体布置方式（见图3.4），在母线流过电流时（该段母线带负荷时），在导体上会产生较大的电动力，在电动力的作用下B相导体耦合触头卡簧松动部位产生振动，振动信号通过B相导体及支持绝缘子传递到壳体，因此在B相支持绝缘子附近外壳最先测得超声信号，且信号值最大，分析与实测吻合。
图3.4 GIS三相共体结构图
另结合该段母线停电，检修人员对该段母线上其他耦合触头卡簧均进行了检查，确认无问题。经上述停电处理及恢复送电后，对该处再进行带电检测，该处无信号，设备恢复健康运行。
4 案例二：局放检测特高频异常发现盆子内部气泡缺陷
2015年9月份，试验人员在例行带电检测中用PDS-T90特高频检测，发现某220kV GIS Ⅷ段母线7号气室中有3个绝缘盆子有异常特高频信号，且中间的一只信号最大，另超声波检测无信号。（见图4.1）
图4.2 异常特高频检测图谱
通过对三个盆子，采用PDS-G1500特高频时差定位法确定中间盆子最靠近传感器，将黄色传感器放置在左侧（1#）盆子，紫色传感器放置在中间（2#）盆子，红色传感器放置在右侧（3#）盆子，见图4.3，特高频时差定位法确定紫色传感器距离放电源最近，定位图见4.4。
该站的GIS母线筒内结构与案例一中不同，其导体由盆式绝缘子支撑。通过PDS-T90以及PDS-G1500确定为盆式绝缘子缺陷放电，放电类型为绝缘放电。
因放电信号幅值较小，又无超声信号，故初步怀疑是盆式绝缘子表面有脏污或毛刺等缺陷，专业分析确定需持续跟踪检测。
经过将近10个月的跟踪检测，特高频信号幅值有明显增长趋势。表4.1为总共6次通过示波器测试跟踪表，从表中可以看出，第4次、第5次以及第6次信号增长较快。
在跟踪测试中，我们同样联系了三家测试单位进行对比测试，测试结果基本一致。考虑到绝缘缺陷的发展程度较快，故安排在6月中旬停电处理，并做好了更换盆式绝缘子的准备。
2016年6月17日停电后，开盖检查3个盆子表面均没有发现明显异常痕迹，现场更换了新的盆式绝缘子，恢复送电后进行带电检测，局放信号消失，设备恢复健康运行，判断原盆式绝缘子应该有问题。
对拆下的盆式绝缘子进行X光扫描，发现中间一个盆式绝缘子浇注封口处的螺栓孔附近均压环以内有一条约50mm长、直径约2mm的气泡。（图4.5）
图4.5 绝缘子X光探伤图
模拟现场运行情况将其他绝缘盆子装在罐体上进行了工频耐压及局放试验，试验结果与现场缺陷时的测试值基本一致。证明了原缺陷属绝缘内部气隙放电，若继续运行一段时间，放电量会进一步增大，有可能导致设备故障。
5、小结
GIS局部放电试验检测是电力运维检修部门在设备状态管理上非常重要的工作，存在着诸多棘手的问题。因相关状态检修试验规程中对GIS局放超标值没有明确标准，而且放电缺陷的发展又有不确定性，另外测试过程也易受到现场其他信号干扰，所以当现场测到异常信号时研判难度大，需要谨慎对待、逐级汇报，不可轻易放过。检修部门可多向专业技术部门（如电科院）请示，另外做好多家对比、跟踪测试工作。科学合理的试验检测方案需由专业人员共同分析研究制定，并根据缺陷的动态发展调整优化。
上述案例一是超声波局放超标紧急处理、二是特高频局放超标跟踪处理，其放电类型和处理方案具有代表性。另外上述案例将缺陷的发现、判断、跟踪、对比、处理、后续分析整个过程进行了详细的归纳小结，以供同行们参考，水平有限，不足不当之处敬请谅解！
参考文献
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[3]杨超，张霖.GIS局部放电带电检测技术的运用[J].电气开关，2011，5：6-8
作者简介：姜亚南，国网江苏省电力公司检修分公司南通运维分部 长期从事输变电管理工作 0513-80855201 226006
钱聪，国网江苏省电力公司检修分公司南通运维分部 从事变电检修专业工作 0513-80855228 226006
论文作者:姜亚南,钱聪
论文发表刊物:《电力技术》2016年第8期
论文发表时间:2016/10/20
标签：母线论文; 绝缘子论文; 信号论文; 卡簧论文; 局部论文; 导体论文; 超声波论文; 《电力技术》2016年第8期论文;