卢 谦，赵书涛，刘海生，董小英

（1.华北电力大学，河北 保定 071003；2.保定供电公司，河北 保定 071000；3.保定一中，河北 保定 071051）

断路器在电力系统中承担切断故障电流的重要作用，以SF6气体为绝缘介质的断路器在电力系统中应用广泛，大大提高了电力系统运行可靠性。然而由于运行环境恶劣和运行时间的变化，SF6断路器难免出现以局部放电为主要特征的绝缘性能劣化问题［1－6］。对断路器进行局部放电在线监测是一种重要技术保障手段，近年来出现的超高频（UHF）法，由于其具有抗干扰能力强、灵敏度高等优点，在局部放电监测中得到广泛应用。英国、德国等许多欧洲国家均已采用UHF检测局部放电的方法，IEC 60270－2000及IEC 62271－102－2003中，已将这种方法作为断路器和GIS设备局部放电检测的主要方法之一。该文在基于超高频法的电气设备局部放电监测系统的基础上，对保定供电公司所属220kV张丰变电站的SF6断路器进行现场带电检测，设计了一套基于UHF检测原理的SF6断路器局部放电测试系统，为带电设备运行状况提供了一种准确、有效的检测手段［7－8］。

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，具有纳秒级的脉冲陡度，脉冲持续时间介于1～100ns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300～1 500MHz宽频带内接收局部放电所产生的超高频（UHF）电磁脉冲信号。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，从而避开绝大多数的空气放电脉冲干扰［9］。

2 UHF局部放电测试系统

2.1 局部放电测试系统的现场要求

断路器内PD脉冲所含频率成分范围较广（从直流到超过1GHz），持续时间极短，仅有几个ns，具有极短的波头上升时间（1ns左右），这种具有快速上升时沿的PD脉冲具有极快的击穿特性。传感器作为断路器PD检测的关键部件，为了有效接收并传输PD信号，被要求在足够宽的频段内具有良好的频率响应特性，并且能够响应ns级的陡脉冲信号，有足够高的灵敏度。

由于在保定供电公司所辖变电站中所用的设备传感器接口位于盆式绝缘子处，可以直接购买现成的、匹配的UHF传感器探头，既经济又达到了技术指标。另外，技术人员对数字示波器比较了解，示波器显示的数据比较直观，所以在数据显示上，选择了宽带数字示波器，最后，数据传输直接通过GPIB接口接入计算机，简单明了，也满足现场的要求。

2.2 局部放电测试系统总体设计

UHF局部放电监测仪由传感器探头，信号传输线、宽带放大器、电源线圈、带通滤波器、数字示波器和计算机等组成，如图1所示。

图1 UHF局放测试系统

图中宽带数字示波器可以用来采集记录和分析采集到的UHF信号。数字示波器以数据文件格式存储数据，还可以进行图谱简单分析和图像存储，还可以通过GPIB通信接口与计算机相连。

3 实例分析

3.1 现场测试试验

2011年10月19日，对保定220kV张丰变电站126kV GIS断路器进行局部放电带电检测，将测试系统组装后，对所有GIS断路器共18个间隔进行局部放电普测，异常部位如图2所示，主要发现异常信号如下：

图2 异常部位示意

在“母联间隔”及图示右邻“百楼出线间隔”、左邻“备用间隔”、“2号主变压器间隔”的“Ⅱ母线”（见图2所示下部母线）上存在UHF放电信号，各主要测试点①～○13（母线筒上部分支第1个绝缘子）均存在放电信号。

在测试过程中发现，所测信号图谱基本一致，并具有以下特征：信号连续出现；从主要测试点⑧～⑩往两侧及间隔上部测试，信号明显衰减变小；单个信号的图谱符合典型放电信号的三角波，如图3所示；信号周期性图谱为20ms、50Hz，具有工频相关性，如图4所示。

图3 单个信号展开图谱

图4 信号周期性图谱

由操作示波器初步确定存在放电信号，测试结束后由GPIB通信卡通信，主动传到计算机中，计算机软件进一步对数据处理和管理。

3.2 放电定位功能实现

在示波器上实现断路器放电信号源的定位，需要测试过程配合：将传感器CH1探头置于⑩测点、CH2探头置于④测点，记录并上传此时放电信号到计算机。测试位置示意见图5。

图5 测试位置示意

2个传感器探头之间距离为7.8m，设放电信号源与④测点的距离为x，到⑩测点的距离为y，由计算机分析数据及其频谱，首先确定2个传感探头检测到的放电信号点，并计算2个同步通道对应信号点时间差Δt，如该次测试中Δt1＝35ns，由此得出

式（2）中，v为电磁波在SF6气体中的传播速度取0.25m/ns

由式（1）＋式（2），得出x＝8.3

由式（1）－式（2），得出y＝－0.5

计算结果表明：放电信号源位于“母联间隔”的“Ⅱ母线”内U相附近。

将传感器CH1探头置于⑩测点、CH2探头置于⑦测点，该次测得信号时间差Δt2＝30ns，由

由式（3）＋式（4），得出x＝7.1

由式（3）－式（4），得出y＝－0.4

计算结果表明：放电信号源位于“母联间隔”的“Ⅱ母线”内U相附近。

由上述定位测试，基本可以确定：放电信号源经定位位于GIS本体内固定位置附近。

3.3 放电类型分析

超高频测试发现存在明显放电信号，通过软件处理发现，幅值最大2.27mV，折算成放电信号约为2 308pC，放电明显分布在1、3象限，3象限数据明显较大，分析认为是尖端放电。如图6、图7所示。

图6 放电测试图谱

图7 放电相位特征

超高频测试多处发现150间隔也存在明显放电信号，幅值最大0.79mV，折算成放电信号约为791 pC，放电明显分布在1、3象限，3象限数据明显较大。经软件分析认为是尖端放电，如图8所示。

图8 尖端放电

测试员通过现场分析认为：GIS侧靠近101Ⅱ母线处存在明显放电信号，分析为尖端放电，建议尽早处理。

3.4 分析结果及建议

综上所述，所测到的信号具备了所有GIS内部局部放电的特征，可确定在“母联间隔”的“Ⅱ母线”内U相附近存在内部局部放电，因此建议调整运行方式，将“Ⅱ母线”转入不带电状态；根据运行需要，安排计划进行拆查。

实际操作中，综合考虑到定位误差、拆查范围及经济性、一次处理的彻底性，拆查的大致方案为：将“Ⅱ母线”停电，从⑦－⑧测点间的波纹管处打开该段母线，检查内部是否有绝缘件表面闪络、金属表面毛刺、连接松动等外观异常并处理；同时，对“母联间隔”及其左右相邻1.5m的“Ⅱ母线”母线筒内的9个绝缘件全部进行更换。更换完成并恢复后，对该段母线重新进行耐压、局放等测试试验，以验证恢复后绝缘状态正常。

4 结束语

超高频法用于局部放电测量的技术，弥补了目前GIS设备例行试验方法的不足，使得对断路器的局部放电检测更加准确有效。结合保定所辖变电站GIS设备实际情况设计的SF6断路器局部放电测试系统，通过在保定供电公司220kV张丰变电站进行现场测试，验证了其有效性和相关分析方法的正确性。

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