林忠立

摘 要：介绍了特高频检测技术、超声定位技术气体绝缘金属封闭开关设备局部放电检测中的应用，并结合生产实践中一起330kV GIS设备气室局部放电发生情况深入分析超声定位技术，表明利用多种局放检测手段联合定位可以更好的指导GIS状态检测工作。

关键词：局部放电；带电检测；超声检测；GIS状态检测

1 引言

气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）具有结构紧凑、占地面积小等优点而在电力系统中广泛使用。但由于GIS结构比较复杂，制作安装工艺要求高、内部绝缘场强大，随着GIS使用率的不断提高，GIS故障对电网运行可靠性的威胁也越来越大。在GIS设备带电运行时，绝缘劣化过程中往往伴随着局部放电的情况。加强GIS局部放电带电检测，能够较早发现内部绝缘缺陷，更好的指导GIS状态检修工作。目前GIS特高频局放检测和超声局放检测在生产实践中广泛开展，取得了显著效果。

2 GIS局放带电检测

2.1 特高频局放检测原理

GIS内部发生局放时，其局放脉冲十分陡峭，将在数纳秒内激发高达GHz的电磁波，通过设备腔体的同轴结构向四处传播，透过罐体之间的盆式绝缘子传出。在盆式绝缘子处利用高频天线采集局放激发的300～3000MHz特高频信号，避开GIS设备外部常见的干扰信号如电晕放电主要产生的200MHz以下电磁波信号，可以分析得出GIS内部局放类型。

2.2 超声局放检测原理

GIS内部局放发生前，放电点周围的电场应力，介质应力处于平衡状态，而局放放电时快速释放或迁移的电荷将打破这一平衡状态。机械应力与粒子力的快速振荡，导致放电点周围的介质振动产生声波信号。进行超声局放检测时，贴在GIS罐体表面的超声传感器对声波信号进行采集分析可以得出局放放电的类型并进行局放定位。

2.3 超声局放检测与特高频局放检测的对比

电力设备现场存在着多种电磁干扰，可以透过盆式绝缘子传入GIS罐体内部，导致特高频局放检测误判段，此时超声局放检测可以有效避免电磁干扰。超声波信号在SF6气体中传播衰减较快方向性强，形成定向而集中的波束，便于在罐体上任意位置检测，而特高频信号在SF6气体中衰减较小，在较大范围内幅值无明显变化，且只能在无屏蔽或有浇筑孔的盆式绝缘子处检测，所以超声局放检测方便进行定位。

3检测案例分析

在对某330kV GIS进行带电检测时，应用局放检测仪发现330kV 330117接地刀闸A相气室存在特高频及超声信号异常，局放检测仪耳机可以听到“嘶嘶”声。

3.1 特高频局放检测

特高频传感器置于与330117地刀A相气室相邻的33012刀闸A相气室的盆式绝缘子上，如图1中标识Ⅰ、Ⅱ所示。测试得到的特高频信号如图2所示，背景干扰与正常相未检测到异常信号。

根据图2中的PRPD和PRPS图谱，放电信号在工频相位的正、负半周期均出现，有一定对称性，放电信号幅值较大，具有悬浮放电的特征。同时测点1测的信号比测点2测的信号幅值更大、放电频率更高、信号分布更加密集，可以初步判断330117接地刀闸A相气室存在悬浮放电。

3.2 超声局放检测

在330117接地刀闸A相气室及相邻33012刀闸A相气室罐体上进行超声检测，超声测点布置如图1中标示①、②、③、④、⑤所示，采用超声信号幅值比较法寻找信号最大处。

对这5处测点均进行反复多次检测，各测点检测结果平均值如表1所示。将超声波检测仪器的测量频率上限从100KHz调整到50KHz，数值无明显变化。

由表1可知，幅值最大点位于测点4即接地刀闸气室底部，往顶部信号幅值逐渐减小，而相邻气室检测幅值与背景值相差不大。

超声幅值最大的测点5处检测到超声的连续图谱和相位图谱如图4所示。从超声连续图谱可以看出，相对于背景干扰（红色部分）局放信号（绿色部分）的有效值、周期最大值均较大，同时信号100Hz相关性十分明显。相位图谱中超声波信号一个工频周期内有两簇幅值相当的信号，具有明显相位相关性。由此可以判断该缺陷由内部悬浮放电引起，与特高频局放检测得出的结论一致。

3.3 声声联合定位

选用两路超声波进行定位确认，分别连接示波器中通道1和通道2，通道1、通道2连接的两个超声波传感器对称放置在超声幅值最大点（测点5）处左右。发现采集的两路信号具有良好的同源性，选择其中一组波形展开，观察脉冲局部特征，采集的信号波头基本重合，如图5所示。

通道1和通道2信号波形基本一致，表明两路探头距离信号源距离基本相同，信号同时到达，信号源应处于此时两传感器中垂面上。结合超声波检测仪器的测量频率上限从100KHz调整到50KHz，数值无明显变化的情况，判断缺陷在气室内部的中心导体或绝缘支撑件处。

3.3 缺陷原因分析

查阅厂商出厂资料，缺陷可能为接地刀闸动触头处的绝缘拉杆松动或老化造成局部电场畸变导致局部放电。

3.4 解体验证

对330117接地刀闸A相气室进行解体检查，发现连接接地刀闸动触头的绝缘拉杆颜色颜色发生明显变化。将该拉杆沿着轴线切开，如图6所示。在拉杆内部发现一条明显的长约7cm放电通道，且有部分白色粉末，存在明显放电痕迹，确认内部存在局部放电。

4 结论

本次带电检测结果与解体情况说明超声波检测法在GIS带电检测中具有独特的优势，有助于缺陷类型的判断及缺陷定位，提早发现设备的潜伏性缺陷，减少或避免事故的发生。

参考文献

[1] 国家电网公司生产技术部.电网设备状态检测技术应用典型案例[M]，中国电力出版社.

[2] 张国光.电气设备带电检测技术及故障分析[M]，中国电力出版社.

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[4] 王万宝，李永宁，周迎新等. GIS超声波局部放电检测技术的应用分析[J]，电气技术，2012，8.

[5] 杨立峰.GIS中典型缺陷局部放电的超声信号特征分析[J]，电气应用，2015，1.