（广东电网有限责任公司东莞供电局 广东省东莞市 523009）
摘要：GIS设备内部绝缘缺陷引起的局部放电是威胁其安全运行的重要因素，特高频法是GIS局放现场检测中使用最广泛的一种方法。本文介绍了UHF检测技术的基本原理，并结合现场经验总结了UHF检测策略与步骤，最后通过介绍广东电网某变电站GIS内部断路器绝缘缺陷的信号发现、跟踪及处理过程，详细介绍了特高频法的具体应用，说明了带电测试和临时在线监测相结合的方法在发现长间歇性局部放电缺陷过程中的重要作用，对现场局放检测工作具有一定的指导意义。
关键词：GIS；特高频（UHF）；局部放电；绝缘缺陷；检测策略
Application of UHF method in GIS Internal Insulation Defect Detection
LIU-Congcong，ZHONG-Rongfu，HE-Junda，LI-Runhong
（Dongguan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Company，Dongguan 523009，China）
ABSTRACT：Partial discharge caused by internal insulation defect of GIS is an important factor threatening its safe operation. UHF method is the most widely used method in the field detection of GIS partial discharge. This paper introduces the basic principle of UHF detection technology，and summarizes the UHF detection strategy and steps based on the field experience. Finally，by introducing the signal detection，tracking and processing process of the insulation defects of GIS internal circuit breakers in a substation of Guangdong power grid，the specific application of UHF method is introduced in detail，and the combination of live test and temporary on-line monitoring method is illustrated in the detection of long intermittent substation. The important role in the process of partial discharge defect has certain guiding significance for the detection of partial discharge on site.
KEY WORDS：gas insulated switchgear；ultra-high frequency；partial discharge；
引言
近年来气体绝缘组合电器（Gas Insulated Switchgear，GIS）在110kV及以上电压等级的电网建设中得到了广泛的应用[1]。运行经验表明，GIS设备在设计、制造、运输、安装及运行过程中出现的各种绝缘缺陷是影响GIS可靠性的重要因素[2-3]。这些绝缘缺陷通常会引起局部电场的畸变，从而产生局部放电，长期的局部放电会导致绝缘进一步劣化，最终造成击穿。特高频（ultra-high frequency，UHF）法是通过检测局部放电所激励的特高频电磁波来实现局放检测的一种方法。由于其具有抗干扰能力强、灵敏度高、现场应用简便等优点，现已被广泛应用于电力系统GIS局放现场检测工作中。
本文介绍了UHF检测技术的基本原理，然后结合现场经验总结了UHF检测策略与步骤，最后通过介绍广东电网某变电站GIS内部断路器绝缘缺陷的信号发现及类型判别、Z型结构中的定位、在线跟踪结果、解体等情况，详细介绍了特高频法的具体应用，说明了带电测试和临时在线监测相结合的方法在发现长间歇性局部放电缺陷过程中的重要作用，对现场局放检测工作具有一定的指导意义。
1 UHF局部放电检测技术
当GIS设备因内部绝缘缺陷发生局部放电时会激励出频率高达数GHz的UHF电磁波。GIS的金属同轴结构可视为一个良好的电磁波导，局部放电所激励出的UHF信号沿波导方向进行远距离传播，并可经由GIS外壳上有绝缘开口的位置（如盆式绝缘子、观察窗等）泄漏出来。通过检测该UHF信号可以达到判别局部放电的目的。
常见的GIS绝缘缺陷主要有金属尖端、悬浮电极、自由金属颗粒和绝缘件缺陷四类，完成绝缘缺陷类型的判别对制定运维检修策略具有重要意义。研究表明，不同的缺陷类型会表现出不同的局部放电波形特征，因此可以通过局部放电波形图谱来实现放电类型的判别。目前较成熟且应用最广泛的图谱判别法是局部放电相位分析方法，它只需统计放电次数n、放电幅值q和所在相位φ，物理意义明确且实现简单。
2 UHF现场检测策略与步骤
局部放电UHF现场检测方式主要有带电测试和在线监测两种。带电测试是指测试人员利用便携式特高频局放检测仪器，定期对GIS设备进行巡检。在线监测是指在GIS设备上安装固定的特高频检测系统，实现对设备状态的实时监测，并且可以通过网络进行远程数据分析。
带电测试与在线监测在现场检测中是相互配合、相辅相成的，不应该舍一取一。在线监测由于系统复杂、数据量大，很容易出现故障，运行稳定较差，因此即使对安装有在线监测系统的GIS设备，仍然应定期进行带电测试。同时在线监测系统暂时不可能普及所有GIS设备，对在带电测试中发现局部放电的设备，可以加装临时在线监测系统，以实现对该放电信号的长时间跟踪观察，为缺陷判断提供可靠依据。
由于局放具有一定的随机性，同时放电的幅值大小并不能单独表现缺陷的严重程度，因此尽快确定放电类型、放电位置及放电发展趋势才是判断缺陷程度的有效依据。根据现场经验，笔者总结了特高频局部放电缺陷的检测步骤：
1）在带电测试中发现特高频放电信号时，首先应该在排除干扰的情况下，根据放电的图谱特征确定放电类型。
2）可以更换仪器尽快对缺陷设备展开一次复测。若复测时没发现信号也不应该放松警惕，有些局部放电可能是长间歇性的，相隔数小时甚至数天才出现。因此可以加装临时在线监测系统对其进行实时监控，以了解其发展趋势。
3）采用超声波、气体分解产物测试对放电进行辅助判断，但是对于绝缘件缺陷放电，这两种方法不一定能检测到信号。
4）利用示波器进行局放源定位，并且结合GIS内部结构确定局放发生的具体部位。
5）利用X射线无损探伤技术对缺陷部位进行检测，以期能够找出缺陷点。
6）根据以上检测结果综合判断缺陷的严重程度，为制定检修策略提供依据。
3 缺陷检测应用实例
3.1 局放发现过程
2018年12月试验人员采用DMS-PM05型超高频局放测试仪对某110kV变电站GIS设备进行局放带电测试时，发现 #2主变变高间隔A相存在异常。排除外界干扰信号的影响，确定102断路器A相气室存在明显放电信号，如图1所示。可见放电较为稀疏，一个周期内发生两次放电，它们之间相位相差约180°，具有稳定的相位特征，可以判定放电类型为绝缘件缺陷放电。
图1 102断路器A相气室放电图谱
3.2信号监测情况
次日试验人员对该放电信号展开复测，然而复测中却未发现明显的放电信号。同时对该间隔设备进行了SF6分解产物测试，测试结果也未发现异常。为了进一步确认该放电信号，在该间隔安装了一套临时在线监测装置，共布置了四个特高频传感器分布在102断路器A相气室两侧，如图2所示。
根据监测结果，位置2处一天内的放电幅值变化趋势如图3所示。从图中可知，该间隔确实存在绝缘缺陷放电，放电最大幅值稳定在?18dBm左右，其无明显增大趋势。但是该局部放电信号并不是持续稳定存在的，而是具有一定的间歇性，间隔时间最长可能达数小时。此前复测时可能刚好在放电的间歇期，因此并没有测得信号，得益于临时在线监测系统才明确确定该信号的存在。
图3 24h放电幅值变化趋势
随后采用时差法对局放源进行精确定位。电磁波的传播速度是恒定的，因此可以通过示波器测量不同位置电磁波首波到达的时间差来实现定位。对于L型GIS，从局放源到达传感器B处的首波无法沿直线传播，而需要经由同轴壁的多次反射，其具体的传播路径无法得知，如图4所示。但由于多次反射的原因，其传播的实际路程s2必然大于计算路程L?x，此时进行定位时，将会产生一定的误差，局放源的实际位置将在计算位置的下方，具体偏差大小与电磁波传播路径相关，很难精确获得，因此在转角结构GIS局放定位中需要注意。通过测量、计算，并对照断路器的结构图，最终确定局放源大致在断路器的绝缘支撑杆中。
图4 绝缘支撑杆
4 结论
1）通过介绍特高频法的应用实例，证明了特高频法具有抗干扰能力强、灵敏度高等优点，能够应用到现场GIS局放检测工作中。
2）局放带电测试与在线监测在现场检测中是相互配合、相辅相成的，带电测试和临时在线监测相结合的方法在发现长间歇性局部放电缺陷过程中具有重要作用。
3）在L型GIS的局放源定位过程中，由于电磁波无法沿直线传播，而需要经由同轴壁的多次反射，由此会造成一定的定位误差。
参考文献：
[1]肖登明，董越，黄东海．我国特高压输电工程的GIS技术[J]．高电压技术，2006，32（12）：115-117．
[2]张晓星，唐俊忠，唐炬，等．GIS中典型局放缺陷的UHF信号与放电量的相关分析．高电压技术，2012，38（01）：59-65．
[3]黄兴泉，康书英，李泓志．GIS局部放电超高频检测法有关问题的仿真研究[J]．电网技术，2006，30（7）：37-40，63．
[4]李通，薛峰．UHF局放检测技术在GIS故障诊断中的应用与分析[J]．供用电，2018，25（12），80-88．
作者简介：
刘从聪（1992-），男，硕士，工程师，现主要从事高电压试验技术方面的研究工作。
钟荣富（1988-），男，硕士，工程师，主要研究方向为输变电设备外绝缘。
论文作者:刘从聪,钟荣富,何俊达,黎润洪
论文发表刊物:《河南电力》2019年5期
论文发表时间:2019/11/19
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