基于GIS设备局部放电在线监测研究与应用

2015-02-07云南文山电力股份有限公司李月芹

电子世界 2015年16期

关键词：局放文山快件

云南文山电力股份有限公司李月芹

云南电网有限责任公司文山供电局蒋体浩朱洪明

基于GIS设备局部放电在线监测研究与应用

云南文山电力股份有限公司李月芹

云南电网有限责任公司文山供电局蒋体浩朱洪明

气体绝缘全封闭组合电器（GIS）因为具有许多优点，在现代变电站中得到了广泛的应用。GIS设备局部放电对电力设备有很大的危害，有必要对其进行在线监测。本文介绍了一种超高频局部放电在线监测技术，并根据应用实例说明其优越性。

GIS设备；局部放电；超高频法；在线监测

1 引言

气体绝缘全封闭组合电器（GIS）的使用非常广泛，具有很多突出的优点，比如：结构比较紧凑、占地面积小、运行可靠、维护简单等。然而正是由于GIS的这一特点，在其全封闭式的结构特点下，一旦发生内部故障，处理起来将是很棘手。尤其是当GIS发生局部放电时，其绝缘结构就会遭到破坏，并导致SF6气体分解，更严重的是会影响设备内部电场分布，最终导致绝缘结构的击穿，造成严重的后果;因此对GIS设备实施局部放电在线监测及进行持续研究是十分必要的。

气体绝缘全封闭组合电器局部放电的检测的方法有多种，如超高频法、超声法、化学检测法、SF6气体的检测、震动法、脉冲电流检测法等。目前，大量采用超高频(UHF)局部放电在线监测技术对GIS局部放电实施监测与诊断，现场通过在线采集局部放电过程产生的超高频电磁波信号来反映局部放电，并且能有效地避开现场的电晕因素等影响，可以提前预警事故发生前设备健康状况电气量的变化，通过应用在线监测技术，对GIS设备运行中的各种电气量进行实时跟踪检测，及时有效的预控设备可能出现的各种异常或故障征兆，运行人员通过实时监控设备的绝缘健康状态，提前发现设备健康状况的变化趋势并立即处理设备可能出现的故障。

本文通过超高频局部放电检测法在气体绝缘全封闭组合电器检测的应用实践，介绍基于超高频的GIS局部放电在线监测系统，该方法采用特定的无线传感器接收GIS设备局部放电发出的UHF电磁波信号来反映局部放电，超高频法检测频段比较高、抗干扰能力强、灵敏度、需要的传感器检测点少。UHF检测的优点使其得到了广泛的应用。能实时监测设备绝缘状态，为及时处理设备故障提供条件。

2 现状分析

2.1 局部放电

局部放电是指设备局部的绝缘被击穿，而并未在导体绝缘间造成贯穿性导电通道的现象。GIS设备绝缘在足够强的电场作用下局部范围内发生的放电,每一次对绝缘介质都会有一些影响。轻微的局部放电使GIS设备绝缘强度的缓慢下降，而严重的局部放电则会使设备的绝缘强度迅速下降，最终造成绝缘损坏。每次放电时，高能量电子和加速电子的冲击都会引起多种形式的物理效应和化学反应，破坏绝缘的分子结构，加速绝缘损坏过程。GIS设备一旦发生绝缘故障，引起的停电时间长，检修费用高，损失巨大。为了防止GIS绝缘故障的发生，随时掌握设备的运行工况，对GIS进行局部放电在线监测是很必要的。

综合分析发现，由于设备的制造工艺以及安装条件的不同影响，是造成GIS设备局部放电的主要原因，要尽量防止在安装时使一些异物或灰尘进入母线筒，造成导体部分的损伤，以致发生局部放电，威肋设备以及系统的安全。对GIS设备进行局部放电在线监测，可以监测GIS设备内部的情况，为及时出去可能存在的安全隐患提提供条件，确保系统的安全稳定运行。

2.2 GIS设备内部缺陷产生局部放电的特征

GIS设备发生局部放电大多数都是由于内部缺陷造成的，要对其局部放电进行在线检查首先就要了解设备内部缺陷产生局部放电的特征：

(1)首先发生在带导体周围的电晕放电与空气中的电晕放电相似，设备在施加电压的正负峰值附近发生局放脉冲时，随着施加电压变化，局放脉冲量呈线性变化。

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(2)对于自由导电微粒和固体导体上金属突起放电的相位分布有着显著不同；GIS设备内残留的金属碎屑或金属颗粒产生的各种效应是最为严重的；而绝缘子表面的工艺瑕疵有助于其表面电荷的聚集，严重时会形成表面沿面放电，诱发绝缘子表面的绝缘劣化，甚至击穿。

3 应用研究

3.1 在线监测系统组成

在线监测系统的工作流程见下图1所示。GIS设备监测点将监测到的超高频电磁信号传递至超高频传感器；然后在超高频传感器的作用下转换成相应的电信号输出，再由采集单元采集并处理，最后转换成对应数字信号后存储到计算机中；由人工智能分析诊断软件对存储的数字信号进行分析诊断。

分析可知，该系统组成的三个重要部分为：数据分析与诊断软件、数据采集单元、超高频传感器。其中该系统中最重要的分析与诊断的软件为人工智能化的控制软件，可以进行智能化分析和处理采集到的有关数据，并给出诊断结果和相应措施。

图1 在线监测系统的工作流程

GIS设备监测点的主要组成包括：电流互感器、隔离开关、断路器、接地开关、快速接地开关、母线以及分支母线等。

3.2 超高频局部放电监测系统的特点

超高频局部放电（PDM）监测系统主要有以下特点。

(2)PDM监测系统以有效地屏蔽信号干扰，正确率高；

(3)PDM监测系统因为灵敏度高，对于多种局部放电的信号都能够准确识别识别；

(4)PDM监测系统可以实现检测数据的共享功能，将监测数据传至互联网，通过远程访问程序就可以任意访问以联网的监测站，可以实现监测数据的集中化处理，方便查看设备的状态，方便管理；

(5)对于GIS设备和电力变压器，PDM监测系统都可以监测他们的局部放电情况，方便便捷；另外，对与两种不同的设备，PDM监测系统都可以实施检测；

(6)PDM监测系统的局部放电源定位功能使其得到了更加广泛的应用，为设备的检修工作提供了方便。

3.3 超高频局部放电监测系统应用实例

超高频局放监测系统通过UHF耦合器采集3相的局部放电信号，通过同轴电缆连接到光电转换装置（OCU）。每个光电转换装置采集3个耦合器的UHF信号后进行数字化处理，通过光电隔离滤除干扰源。然后，汇集到汇控柜，再通过光缆送到主控制室的设备机箱。在主控室的设备柜的主机将采集的各OCU数据压缩保存到硬盘里；远端设备终端可通过网络及时调用局放在线监测系统现场数据和有关设备参数。当检测到现场设备存在局放时，通过系统配置的基于模糊神经网络和基因算法的专家系统诊断软件，对数据进行归类，评估分析结果，判断缺陷类型。通过专家系统的趋势分析功能，可以查找特性量的异常变化，一旦发现恶化趋向，即发出语音报警信号。如今在实际GIS产品中应用的超高频局放监测系统的监测频带的带宽为500MHz～1500MHz。它利用的数据库支持的专家系统，识别确切的局部放电信号，滤除外部干扰信号确保了较宽的监测带宽，使检测系统的灵敏度更高；且该系统可不设置抗干扰检测阀值，使该系统有更好的灵敏度和可靠性；通过配置适当的耦合器布点，可以准确地检测出在任何地方产生的≥3pC局部放电量。

为了验证检验局放在线监测的可靠性，我们人工制作放电点，放在GIS罐体内部，在不同电压等级下采集局放信号进行比较。随着电压的升高放电信号开始出现，放电重复率逐渐增加，放电幅值增大，这都符合电晕放电的特点。说明该系统能够准确的捕捉、识别放电信号。通过一些工程安装的实例，超高频局放监测系统能够实时的反映GIS设备的局部放电情况，为GIS设备从“定期维修”过渡到“状态维修”提供了条件，增强了GIS设备的智能化程度，为智能电网的推广奠定了基础。