GIS局部放电测试的抗干扰手段论文_钟声1,陶平2

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摘要：为了研究脉冲电流法、超声波法和超高频法检测GIS设备内部局部放电的优缺点,利用数据特征图形研判分析了抗干扰手段的灵敏性。

关键词：GIS；局部放电；测试

气体绝缘组合电器（Gas Insulated Switch gear，简称GIS）由于制造或装配过程中出现的金属微小颗粒和吸附在绝缘体表面的金属固体微粒及绝缘体内部气隙等存在各种缺陷，都有可能导致GIS内部电场发生不同程度的畸变，使得电场局部加强而产生局部放电，处理不及时，必然导致局部或大面积停电。

一、GIS局部放电测量方法的研究

目前，检测气体绝缘组合电器(GIS)腔体内是否局部放电的手段主要分为两类，即电测法和非电测法。电测法包括传统的耦合电容法(脉冲电流法)和特高频法；非电测法主要包括声测法、光电法和化学方法。根据传感器的安装位置还分为外敷电极法和内置电极法。

1.脉冲电流法。检测是否存在由局部放电而引起的脉冲电流，传感器多采用罗哥夫斯基线圈，固定在GIS电缆终端外表面。脉冲电流法研究较早，但受现场电磁干扰严重，局放特征量提取困难，输出波形畸变严重，且只能识别部分放电类型，应用较少。

2.声测法。利用局部放电中颗粒相互碰撞产生的超声波来进行测量，是GIS早期采用的绝缘诊断技术之一。声测法的传感器安装在GIS金属外壳，对GIS内部没有任何影响，但是其检测灵敏度不高，仅能反映部分放电类型。

3.化学方法。判断GIS局部放电时气体分解物的含量，S02F2和SOF2是两种最常用的诊断气体。局部放电产生的离子和电子，不断撞击绝缘，加速绝缘老化，并分解出部分气体，当气体浓度超过监测水平时，监测系统会发出越限报警，即认为GIS内部存在局部放电，其优点是不受电气环境因素的影响。如果局部放电较弱且无法产生足够多的分解物时，无法判断是否发生局放，只有当故障严重时方能反映出来，时效性差。

4.特高频法。检测气体绝缘组合电器内部是否存在由局部放电所引起的特高频电磁波信号。该方法检测频率高，抗干扰性能优越，且GIS的同轴结构有利于UHF电磁波的传播，因此特高频法非常适宜GIS局部放电的检测。目前，国内外众多变电站都已经大量采用特高频法对GIS局部放电进行在线监测。

5.数据处理。在高压电器设备的局放试验过程中，很容易受到自身或者外界因素的影响，使其数据精度受到损伤，进而影响对放电功率、放电类型进行判断。在电场分布不平衡的情况下，会局部发光产生自持放电。上述这些放电类型在电场强度较高的情况下，将在设备内部较为薄弱的绝缘部位中发生放电，经传感器收集后，可以根据对电特性的研究推测绝缘装置的缺陷程度。高压设备在运行过程中，雷电过电压现象、温度、振动等因素的影响，发生受潮等问题，影响安全性能。如若长时间发生过压现象，使温度、潮湿、机械等作用被综合起来，使绝缘电气性能由于受到影响而降低，进而扩大故障事件。通常称机构零部件的一次碰撞或摩擦为一个振动事件，不同振动事件产生的振动信号在时域上形成一个振动信号的时间序列，采用振动传感器可以拾取振动信号的波形。偏重于对振动事件出现时间变化的分析，而对信号强度变化的反映较差。此外其运算过程中需要的存储量近似与信号长度的平方成正比，而振动信号长度通常在几千个数据点甚至更长，因此为完成动态时间规整就需要有较大的存储量和较高的计算速度

二、GIS局部放电测试

1.试验平台。试验平台是以实际的GIS为基础建立，采用的GIS试验段中主要有试验套管、直线段试验母线(水平布置方式)、隔离开关、接地开关、盆式绝缘子(包括密封功能结构和支撑功能结构)，GIS内部导体装配等部件见图1。试验电源为750 kV试验变压器。

图1

2.检测数据分析。将振动信号分析法引入到断路器的机械故障诊断中。断路器操作过程中，机构零部件之间的碰撞或摩擦会引起振动。通常称机构零部件的一次碰撞或摩擦为一个振动事件，不同振动事件产生的振动信号在时域上形成一个振动信号的时间序列，采用振动传感器可以拾取振动信号的波形。典型缺陷见图2

（1）高压导体尖端。在GIS母线腔体内充上SF6气体，当压强达到0.3 MPa时，施加不同的电压采用脉冲电流法和超声法测试得到见表1的数据。

表1高压导体尖端测试数据

从表1可知：当施加电压24 kV时，金属尖端开始气晕，脉冲电流法可以测到局部放电信号，而超声波没有明显局部放电的信号，进而施加电压到49 kV，超声波法也可以检测到局部放电信号。因此可知：脉冲电流法灵敏度最高，对于超声法而言放电谱图开始向上抬起，在360°附近放电集中且向上抬起。在随着电压的升高谱图有变散迹象，电压至更高层次放电谱图更加趋近于典型放电见图3。

图3超高频法局放图

图3中x轴表示相位，y轴表示50个工频周期，z轴表示幅值。在超高频法检测到局部放电信号直观，但是由于在GIS腔体内发生局部放电时，会产生机械振动，导致超声波法与脉冲电流法灵敏度无法判断。根据声学振动信号与语音信号相似的特点，在信号处理方法上采取了语音信号处理中经常使用的动态时间规整方法，即通过动态时间规整的方法，计算出检测状态与基准状态之间信号的动态时间距离，由此通过与对应的时间短时谱相比较，对断路器的工作状态进行判断。在正常情况下，对信号进行动态时间规整的结果近似为一条45°的直线，当断路器出现异常时，规整结果将出现明显的弯曲，其对应时间短时谱出现较大的偏差。这种方法对事件出现时间上的变化有较高的灵敏度，能反映触头运动过程的信息，机构零部件工作状态的一些小的变化在检测结果中能得到明显的反映

综上所述，以脉冲电流检测方法为基础的局部放电检测手段，无法有效解决直接值的标定问题，但其检测原理、检测方式以及实际的检测应用又很好的适应了现场声学传播测试的抗干扰性和灵敏性。因此，建立起各种故障相应的特征图形研判，能综合确认故障事件的发生。

参考文献：

[1]李建.超声波局放检测在GIS耐压试验中的应用研究[D].东南大学，2019.

[2]毛涛.基于多传感器的1000kV GIS局部放电在线检测技术研究[D].河南工业大学，2019.

论文作者:钟声1,陶平2

论文发表刊物:《电力设备》2019年第24期

论文发表时间:2020/4/30