郭加媛，李承振，张晓翠

（国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250118）

0 引言

气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated Switchgear，GIS）因其具有运行可靠性高、结构紧凑、节省土地资源、配置安装灵活方便、运维工作量少、环境适应性强等优点，在高压输变电领域被广泛应用［1］。GIS 设备对生产制造工艺、元器件质量、安装环境等都有较高的要求，若发生GIS 内部遗留金属微粒、导体或壳体上有尖端、绝缘件存在气隙裂纹等情况，均会造成GIS 内部发生局部放电现象。在GIS 内部发生局部放电的初期，因缺陷较轻微，放电能量较小，常规GIS 出厂试验以及交接耐压试验无法有效发现，但在长期运行过程中，每一次轻微的局部放电都会对绝缘介质造成破坏，导致绝缘强度快速下降。当GIS 内部绝缘件局部电场强度达到其击穿场强时，就会发生剧烈的放电现象，并最终发生GIS 绝缘击穿事故［2-4］。因此，利用带电检测手段对GIS 设备开展局部放电检测对发现GIS 绝缘缺陷、保障电网安全可靠运行具有重要意义。

特高频检测法是通过接收局部放电信号源发出的300～3 000 MHz 电磁波信号进行缺陷判断和故障定位的一种有效方法，常用于GIS 内部异常局放源的检测和定位［5］。高频局部放电检测方法的检测频率为3～30 MHz，被广泛应用于电力电缆及其附件、变压器、电抗器等电力设备的局部放电检测［6-8］。在实际的GIS 内部放电诊断中，单一检测分析方法包含的故障信息有限，单靠某一种检测手段往往很难对某些局部故障和缺陷进行有效的状态评估和精确定位［9-10］。因此，在GIS 避雷器内部放电诊断中，应结合高频局部放电检测方法、特高频检测和超声波检测等多种有效的检测方法和手段，将检测结果进行相互补充、验证，对GIS 避雷器内部放电进行综合分析判断。

结合一起GIS 避雷器内部放电故障实例的诊断分析，提出一种基于高频／特高频联合定位的内部放电源定位方法，并对检测方法的原理和现场应用进行描述，结合初测、复测和返厂解体验证结果，证明了该方法的有效性，为GIS 设备状态检修提供可靠参考。

1 GIS 避雷器异常状况

如图1 所示，某500 kV 变电站220 kV 出线GIS避雷器A 相气室（编号4）出现特高频异常信号。检测人员使用特高频局部放电测试仪PDS-T90，在高带宽模式下检测时，发现该GIS 避雷器盆式绝缘子能够检测到异常特高频信号，放电幅值较大，也较分散，但放电相位较稳定，有别于B、C 两相以及背景信号。

图1 GIS 避雷器实际位置

2 现场检测与分析

2.1 现场检测

2.1.1 特高频局放检测

采用示波器对异常信号进行精确检测，特高频传感器放置于图1 中的1—7 号位置处均能检测到异常特高频信号，其中在4 号位置检测到的特高频信号幅值最大，低通滤波后，示波器显示其峰—峰值约2 V。如图2 所示，从特高频图像特征上分析，该信号放电次数少，周期重复性低，放电幅值也较分散，但放电相位较稳定，与普测图谱相符，判断为异常放电信号，需要进一步定位。

2.1.2 排除外部干扰

利用时差法排除外部干扰信号，将一个特高频传感器置于GIS 避雷器盆式绝缘子处（图1 中编号4），另一个特高频传感器以该传感器为中心做圆周运动。检测图谱如图3 所示。由图3 可知，空气中无对应信号出现，判断异常信号来自GIS 内部。

图2 示波器特高频检测图谱

图3 排除外部干扰

2.1.3 特高频法局放源定位

为确定异常信号位置，利用时间领先法，将一个特高频传感器置于GIS 避雷器A 相盆式绝缘子处固定不动，另一个特高频传感器分别放置到图1 中编号1、2、3、5、6、7 位置处，通过比较信号到达两个传感器时间，发现位置4 检测到的特高频信号始终超前于其他位置检测到的特高频信号，如图4 所示。由此可以判断局放信号源来自位置4，即GIS 避雷器内部。

2.1.4 检测结果分析

特高频法局放源定位可将放电源定位到GIS 避雷器内部，但无法进一步判断放电源具体位置。从特高频检测图谱可知，异常信号放电次数少，周期重复性低，放电幅值也较分散，但放电相位较稳定，有别于其他两相和背景信号，符合绝缘类缺陷放电特征。另外，由于放电幅值较高，危害较大，需尽快确定放电源位置，以便进一步处理。

图4 位置4 检测到的特高频信号始终超前

2.2 高频／特高频联合定位

高频／特高频联合定位法是以检测到的高频电流信号为触发信号，并测得同时刻的特高频信号，利用特高频信号到达检测传感器的时间差进行计算定位。

时差定位原理如图5 所示。B1、B2为特高频传感器，分别放置在GIS 两端盆式绝缘子处，GIS 设备长度为L，放电源距离B1特高频传感器距离为x，t1、t2为放电源发出的特高频信号到达B1、B2传感器的时间，Δt 为两传感器接收信号时差。则Δt=t2-t1＝（L-x）／c-x／c，解得x=1／2（L-cΔt）。式中c 为电磁波传播速度，取3×108m／s。

图5 时差定位原理

为进一步精确定位，将特高频传感器1 放置于GIS 避雷器盆式绝缘子处，特高频传感器2 放置到该避雷器下部动作计数器引出线处，该引出线从GIS 内部引出，可传出特高频信号。在该避雷器下部动作计数器引出线上放置高频电流检测传感器，测得高频电流频率为53.19 MHz，传感器具体布置及联合定位波形如图6 所示。以高频信号为触发源，利用时差计算法定位，通过检测局放信号到达两个传感器的时间，发现特高频传感器2 采集到的特高频信号始终领先特高频传感器1，且领先时间为2.1 ns，两传感器间的距离约1.5 m，由此可大体计算出信号源位置在距离避雷器底部约0.43 m 处。

2.3 解体情况

为进一步查明原因，对故障GIS 避雷器返厂进行局放试验和解体。在GIS 避雷器局放试验中，视在放电量超标，达到62 pC，解体后在避雷器内部固体绝缘垫块上发现放电痕迹，如图7 所示。由于绝缘放电发展的随机性和不确定性，在长期运行或者过电压过程中，极易造成GIS 避雷器闪络击穿等绝缘故障。

图6 传感器具体布置及联合定位波形

图7 GIS 避雷器解体

3 故障原因分析

结合现场带电检测、放电源定位、返厂局部放电试验和解体检查情况，判定该GIS 避雷器内部固体绝缘垫块存在绝缘缺陷，缺陷部位与现场带电检测分析位置相符。避雷器制造厂家应加强避雷器阀块、绝缘垫块等质量控制，加大进厂抽查比例并逐个进行相关试验，满足相关要求后再行使用。

4 结语

通过特高频局放检测、高频／特高频联合定位等检测方法，准确判断一起GIS 避雷器内部绝缘类放电缺陷，并对缺陷位置进行了精确定位，解体检查后验证了检测结果。

采用的特高频法、高频／特高频联合检测法对GIS 避雷器是一种行之有效的局放检测手段。通过此方法成功诊断了一起GIS 避雷器内部绝缘类放电故障，保障了电网的安全可靠运行。