摘要：GIS是目前我国电力系统中常见的电器开关设备，由于其密封性，很难检测内部相关故障，尤其是电气故障中最常见的局部放电故障。本文经过研究，针对GIS设备发生局部放电时，产生高频电磁波的特性，研究利用特高频检测技术，针对设备放电进行定位及检测。针对所研发技术进行测试试验，采用试验用变压器对GIS设备加载电压，模拟相关悬浮电位故障和金属微粒故障进行超高频检测，试验结果证明，超高频检测技术，可以准确判断出设备故障发生的位置，通过同种型号设备故障模拟录波，建成设备故障数据库，可以有效准确的判定电力系统相关设备的故障类型。
关键词：GIS；局部放电；特高频检测法；研究分析
1.电气设备的局部放电特点
局部放电所产生电磁波的频谱特性与放电源的几何形状及放电间隙的绝缘强度有关。SF6气体或绝缘油所产生的脉冲电流波形，则具有纳秒级的脉冲陡度，脉冲持续时间也介于1ns～100ns之间，因此可产生大量的频率在300MHz以上的超高频电磁波信号。而UHF检测技术，则是在300MHz～1500MHz宽频带内接收局部放电所产生的超高频（UHF）电磁脉冲信号[8]。由于UHF信号传播时衰减很快，故被测设备外部的UHF电磁干扰信号（如空气中的电晕放电）不仅频带比设备内部的局部放电信号窄，其强度也会随频率增加而迅速下降，到达被测设备附近或内部的UHF分量相对较少，从而可避开绝大多数的空气放电脉冲干扰。
2 检测原理
超高频法（UHF）是通过天线传感器接受局部放电过程辐射的超高频电磁波[1]，实现局部放电的检测。研究认为，SF6气体中发生的局部放电，其信号的上升沿很陡，脉冲持续时间极短，其波头时间最短仅为几个ns[2]，相对应的频域十分宽广，放电过程可激发出数百甚至数千兆的超高频电磁波信号。传统的局部放电检测技术，由于测量频率较低，测量频带与周围环境的强干扰源的频带重叠，易受外界干扰的影响，既不能避开干扰，也不容易区分放电与干扰，即使采取复杂的抗干扰措施，也很难应用于运行设备的局部放电测量。而UHF检测技术，则是在300M～3000MHz宽频带内接收局部放电所产生的超高频电磁脉冲信号。由于UHF 信号在空气中传播时衰减很快，故设备外部的超高频段的电磁干扰信号（如空气中的电晕放电），不仅频带比设备中局部放电信号的窄，其强度也会随频率增加而迅速下降，进入设备的超高频分量相对较少，因而可以避开绝大多数的空气放电脉冲干扰。而对于分布在UHF检测频段内的固定频率干扰（如移动通讯、电视、雷达等信号），则可通过调整检测频带来避开这些干扰频段，从而达到在线检测 GIS 设备局部放电信号的目的。
在某送电工程1100kVGIS局部放电测量用UHF传感器，局部放电产生的超高频信号可通过对内嵌式圆盘式电极检测到，其结构是由圆盘式电极、终端电阻、检测接头、接地端子、端子箱构成。测量局放时，将同轴电缆连接到检测接头上。
3 现场测量设备及主要参数
放大器、示波器、同轴电缆。
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放大器TAM-411主要参数：
带宽：2-2600MHz
增益：0-60dB
工作环境温度：-20℃-50℃
数字荧光示波器 Tektronix DPO7254主要参数：
带宽：2.5GHz
采样速率：40GS/S
输入阻抗：50Ω
记录长度：64M
工作环境温度：5℃-45℃
4 测量设备的连接及局部放电测量
测量局部放电时，测量接头与放大器之间按照如下步骤用同轴电缆连接，并设置示波器，进行测量。
（1）打开外壳，若长时间（大于1小时）不进行测量，则紧固外壳上的2颗螺栓。
（2）拆下接地端子。
（3）测量终端电阻，结果应为50±5%Ω。若电阻为0或无穷大，则电阻短路或短路，需更换传感器，重新测量。若不能及时更换，耐压时需将传感器接地。
（4）将长同轴电缆连接到传感器接头与放大器之间，将短同轴电缆连接到放大器与示波器之间；接连放大器和示波器的电源线（电源线要求三线式，必须接地。）
（5）打开示波器前盖，将放大器电源设置为ON。设置放大器的放大倍数，将ATT拨盘拨到20（放大器放大倍数=60-20=40dB）。
（6）设定示波器
设定示波器，File→Recall→Setup，选择UHF Basic Mode . set，点击Recall。
（7）测量的画面及保存
保存时，先按下示波器面板上的Run/Stop，再进行保存。File→Save As…→Screen Captures，选择保存画面的文件夹，勾选Prompt for file name before saving和Set Front Panel Button to Save，点击Save。该保存方式仅保存了当前的画面，查看局部放电测量过程进行如下操作：Display→Display Persistance →Infinite Rersistence。
（8）测量结果
局部放电信号通过1个盆式绝缘子后衰减为原来的16%，通过1个分支后衰减为原来的30%。（东芝公司经过大量试验后的统计结果）电流脉冲法和超高频同时测量，得出校正曲线。
当用电流脉冲法测量到局部放电量为10pC时，通过校正曲线得知圆盘电极输出为500mV。若放大器增益选择为40dB，放大器输出为50000mV。在本传感器的配置中，局部放电信号通过最坏的衰减情况，即一个分支和一个盆式绝缘子，信号衰减为16%×30%=4.8%约为5%。因此，本示波器检测到的信号为 50000×0.05=2500mV。通过观察示波器上显示的电压值，可计算局放值：
5 测量结果分析
计算出的局放值与产品试验管理值相比较，在管理值范围内，则测量结果合格。通过所测得的局放画面，可大致分析出产生局放的原因：外界干扰（偶尔出现一次信号）和产品内部局放（持续的信号）。
结语
本文针对发生局部放电时产生高频电磁波的特性，利用高频检测设备固定在GIS设备外壳，模拟相关放电故障，记录放电幅值，相位，次数并构成相应的频谱特性图。在针对GIS设备内部悬浮电位故障和金属微粒故障进行模拟实验时，可以发现不同的放电故障将体现出不同性质的频谱特性，如果可以针对以上的频谱特性形成数据库，通过模拟各种故障丰富完善数据库资源，那么将形成针对GIS设备故障检测数据库，切实解决了电力系统密封开关设备的故障判断问题，丰富电力系统设备检测技术，方便电力系统运行检修工作，保障供电可靠性。
参考文献
[1]李娟，李明，金子惠.GIS设备局部放电缺陷诊断分析[J].高压电器，2014（10）.
[2]谷凯凯，郭江.紧致融合模糊集和故障树的变压器故障诊断[J].高电压技术，2014（05）.
[3]谭向宇，杨卓，赵现平，王科，彭晶，王卫东.基于飞行图模式的GIS内金属性缺陷超声信号特性研究[J].高压电器，2013（05）.
[4]李国伟，章涛，王俊波，刘卫东.基于超高频法的GIS局部放电类型判断方法[J].高压电器，2013（01）.
论文作者:聂成鹏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/13
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