周宏伟，刘成华，盖 磊，赵祥龙，徐再兴，黄晓明

（1.四川水利职业技术学院，四川 都江堰611830；2.国网山东省电力公司临沂供电公司，山东 临沂 276000； 3.中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，成都610021）

一起GIS盆式绝缘子局部放电案例分析

周宏伟1，刘成华2，盖 磊2，赵祥龙2，徐再兴2，黄晓明3

（1.四川水利职业技术学院，四川 都江堰611830；2.国网山东省电力公司临沂供电公司，山东 临沂 276000； 3.中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，成都610021）

目前，GIS局部放电检测技术已广泛应用到GIS检测。简述了GIS内部发生局部放电主要有自有颗粒放电，悬浮电位放电，电晕放电、绝缘支柱绝缘下降等GIS常见的典型局部放电故障，针对以上GIS内部典型故障，给出了可检测GIS局部放电特高频检测和超声波检测的两种常用检测方法，利用上述检测方法可对局部放电类型进行判断，对放电源进行定位，进而可准确找出故障点。

特高频检测方法；超声波检测方法；故障分析

0 引言

目前，SF6全封闭式组合电器（GIS）具有运行可靠性高、占用空间少、维护工作量小、不受外界环境条件的影响等诸多优点，已广泛应用到电力系统中。但由于各种设备需封闭在金属外壳内，而从外部无法观察到金属外壳内部设备运行的状况，一旦内部存在尖端放电、电晕放电、内部绝缘受损或者内部导通回路接触不良等缺陷，都会造成设备内部发生局部放电，从而会对电力设备造成严重伤害[1]。

当GIS内部发生局部放电时，设备周围空间就会产生一系列的光、声、电气、机械振动的物理现象和化学变化，局部放电检测技术就是通过上述物理和化学信号的变化，来检测电力设备内部的绝缘情况和运行状况，及时发现设备内部缺陷，避免对电力设备造成损害。

1 超声波与特高频检测技术介绍

1.1 超声波局部放电检测技术介绍

GIS设备内部发生局部放电时，同时伴随产生超声波信号（频率高于20 kHz的声波），超声波信号由绝缘介质和金属件传导到GIS设备外壳。通过在GIS设备外壳上安装的超声波传感器，可以耦合检测到局部放电产生的超声波信号，进而判断GIS设备的局部放电情况[2]。如图1所示。

图1 超声波局部放电检测原理图Fig.1 The schematic diagram of ultrasonic partial discharge detection

GIS局部放电超声波检测仪一般由超声波传感器和检测主机两部分组成。超声波传感器单元包括超声波传感器和前置调理器，用于检测GIS设备发生局部放电时的超声波信号；检测主机单元包括数据采集单元、控制与处理分析单元、存储单元、人机交互单元和辅助单元，完成传感器信号的调理和模数转换、检测分析过程的控制、检测数据的处理分析、检测数据的存储和导入导出、检测设置、信息显示、测试信息录入和储能电池管理等。如图2所示。

图2 超声波局部放电检测仪组成Fig.2 The composition of ultrasonic partial discharge detector

具有定位功能的GIS局部放电超声波检测仪，可以利用超声波信号到达不同位置传感器的信号时延或强度进行定位[3]。

GIS超声波局部放电检测所用的传感器应用最为广泛的是以压电陶瓷为材料的谐振式传感器，见图3。

图3 超声波传感器Fig.3 The ultrasonic sensor

谐振式传感器利用压电陶瓷的正压电效应，在局部放电产生的机械应力波作用下产生交变电场。虽然GIS局部放电所产生的声发射信号具有一定的随机性，每次局部放电的声波信号频谱不同，但整个局部放电声波信号的频率分布范围却变化不大，处于20～200 kHz频段，传感器谐振频率一般选择为40 Hz[4]。

1.2 特高频法局部放电检测技术介绍

特高频局部放电带电检测仪用于GIS特高频局部放电测试，一般由UHF传感单元、信号处理单元和分析诊断单元组成。UHF传感单元用于耦合GIS内局部放电产生的电磁波信号，包括特高频传感器和射频同轴传输电缆，安装方式主要有内置式和外置式。信号处理单元对传感器的信号进行滤波、放大、检波处理及模数转换。分析诊断单元实现局部放电信号的分析、处理及数据存储，并具备人机交互功能[5]。 见图4。

图4 特高频局部放电检测仪组成Fig.4 The composition of UHF partial discharge detector

特高频传感器是一种耦合GIS设备内部300～1 500 MHz频段的特高频电磁波信号的天线，见图5。

图5 特高频传感器Fig.5 The UHF sensor

1.3 局部放电定位检测技术介绍

局部放电定位仪以特高频技术为主，结合超声波技术联合测试（简称声电联合法），用于GIS放电源精确定位，一般由特高频传感器单元、超声波传感器单元、信号调理装置、滤波器、专用连接线缆和示波器组成，见图6。

图6 局部放电定位仪组成Fig.6 The composition of partial discharge position finder

2 案例分析

2.1 案例经过

2015年3月20日，在设备特巡过程中，对某220 kV变电站110 kV GIS某一间隔分支母线端部盆式绝缘子进行GIS超声波和GIS特高频带电检测时发现异常，怀疑内部有局部放电现象，并采取措施制定跟踪复测方案。结合4月份停电计划，2015年4月6日，经公司运检部、厂家技术人员确认，检修人员对该110 kV GIS间隔分支母线进行了拆除，拆除后发现该绝缘盆子出现裂纹，随时会出现闪络故障，不能继续使用，检修人员立即对该盆子进行了更换处理，消除一起重大GIS设备隐患，避免大面积停电事故的发生。

2.2 检测过程

1）现场检测：2015年3月20日，对220 kV变电站110 kV设备区进行局部放电检测，发现110 kV GIS某间隔间隔分支母线端部盆式绝缘子位置信号明显异常，发现在GIS罐体下部局放信号最大值为41.4 mV，有效值为40 mV，其背景值仅为0.1 mV，异常信号较为明显，且该异常信号有明显100 Hz的相关性，呈现出明显的100 Hz频率相关性。脉冲模式集中，对比典型缺陷图谱，沿该点圆周方向测量，发现该异常信号仍然存在，信号幅值较大，也表现出明显的100 Hz频率相关性，初步判断该气室存在可能是疑似悬浮放电信号。由于该设备只能进行超声波模式测试，建议利用多种方法对该GIS气室进行进一步检查分析，以进一步对该异常信号确认、进行定位。

2）超声波检测：2015年3月22日，对该气室进一步检查分析，其测试结果与上次测试结果基本相似，并且在超声波模式下，用耳机可听到明显“吱吱”的声音。现场测试见图7。

图7 现场测试实物图Fig.7 Site detection sample

测试人员首先利用超声波进行测试，在该气室上选取多个测试点，测试点1、2、3作为较典型的信号进行测量，图8和图9为超声波连续模式下的测试图谱。

图8 连续模式下超声波图谱Fig.8 The ultrasonic spectrum of continuous mode

图9 相位模式下超声波图谱Fig.9 The ultrasonic spectrum of phase mode

从上面测试结果可看出，该气室测试信号峰值在38.8 mV，信号幅值较大，该信号有明显的50 Hz和100 Hz频率相关性，50 Hz频率相关性为11.8 mV，100 Hz频率相关性为18.1 mV，在相位模式下一个工频周期里，测试结果也表现出明显的两簇异常信号，其测试的最大幅值为42.4，其测试结果和连续模式下的信号基本一致。

测试数据的幅值、50 Hz相关性、100 Hz相关性较大，脉冲模式集中，点较均匀的聚集在两簇，对比典型缺陷图谱，该异常信号与悬浮电位典型的放电图谱十分相符[6]。

3）特高频检测：测试人员运用特高频检测方法对该气室盆式绝缘子测试，在该气室临近的盆式绝缘子上检测有异常信号，也表现出明显的相位特征，放电脉冲幅值稳定，且相邻放电时间间隔基本一致，符合典型的悬浮电位放电的特征。与超声波所测量的信号基本相符，判断应为同一个信号源[7]。

图10和图11分别为脉冲序列模式和相位模式下得到的PRPS和PRPD图谱。

图10 PRPS图谱Fig.10 The ultrasonic spectrum of PRPS mode

2.3 解体检查

2015年3月26日，检修人员对GIS气室进行解体检修，发现该气室A相导体的绝缘支柱有明显放电痕迹，A相导体与绝缘支柱部分已经烧焦烧黑，见图12至图14，并且该气室A相导体表面已经附着较多放电白色粉末，证实该气室存在放电缺陷。

图11 PRPD图谱Fig.11 The ultrasonic spectrum of PRPD mode

图12 设备放电解体图1Fig.12 The discharge disintegration figure 1 of equipment

图13 设备放电解体图2Fig.13 The discharge disintegration figure 2 of equipment

图14 设备放电解体图3Fig.14 The discharge disintegration figure 3 of equipment

经以上分析发现：GIS气室导体是支柱绝缘子支撑固定，以保证GIS导体内部导体与导体之间，导体与GIS外壳有足够的绝缘能力，但设备经过长时间运行，内部绝缘子受到电动力、高电压以及温度变化影响，支柱绝缘子与导体之间螺丝松动，造成支柱绝缘与导体之间发生移位产生间隙，从而在导体与支柱绝缘子之间形成两个电极，那么就会在导体之间形成电位差，当两极之间的电位达到一定程度，就会造成悬浮电位放电，随着放电幅值增大和放电频率的增加，会造成支柱绝缘子的老化，绝缘能力下降，会烧坏烧焦绝缘子[8-10]，通过对GIS解体分析，基本与测试结果吻合，证实测量的结果正确。

3 结论

通过以上介绍和相关案例分析，超声波、特高频局部放电检测技术是GIS设备内部局部放电和绝缘缺陷一种重要检测的手段，它可以有效地发现GIS内部的放电故障，并对缺陷进行定性和定类，做到发现缺陷及时处理，可有效地避免对电力设备造成损害和电网GIS跳闸事故的发生[11-14]。但由于检测的信号较弱，现场复杂干扰较多，有时一次放电包含多种放电类型，这给检测人员带来较大的困难，要想掌握本项技术还需要在实践中不断积累，加强对各种放电缺陷类型的分析诊断的积累，提高对缺陷分析诊断能力；另外，对于GIS内部存在的缺陷，应注意采用多种检测技术进行相互验证，如：SF6气体成份分析，对于绝缘件内部的缺陷，必要时可采取对于采用X光探伤技术来加以辅助。

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The Partial Discharge Case Analysis of GIS Basin Insulator

ZHOU Hongwei1， LIU Chenghua2,GAI Lei2,ZHAO Xianglong2， XU Zaixing2,HUANG Xiaoming3
（1.Sichuan Water Conservancy Vocational College,Dujiangyan 611830， China;2.State of Grid Linyi Power Supply Company，Linyi 276000,China;3.China Power Engineering Consulting Group Southwest Electric Power Design Institute Co.,Ltd.,Chengdu 610021,China）

At present,the GIS partial discharge detection technology has been widely applied to the GIS.This paper briefly describes the types of partial discharge in GIS,such as free particle discharge,suspended potential discharge,corona discharge,insulation support discharge，and for the above cases，this paper gives two kinds of common detection principle of GIS partial discharge:UHF partial discharge detection and ultrasonic partial discharge detection,the detection methods can be used to judge the type of partial discharge,locate the discharge power,and find out the fault point accurately.

UHF detection method；ultrasonic testing method； failure analysis

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.02.034

2016-03-16

周宏伟 （1965—），女，副教授，研究方向：从事电力系统自动化，高电压技术方面的教学和架空输电线路设计。