摘要：GIS是氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的簡(jiǎn)稱，它是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，一旦發(fā)生故障將會(huì)造成重大的影響及損失。本文針對(duì)GIS 設(shè)備局部放電這種典型的常見缺陷問題，就局部放電檢測(cè)方法進(jìn)行介紹和對(duì)比，并分析了GIS 典型缺陷的檢測(cè)圖譜及故障判據(jù)，結(jié)合實(shí)例加以闡述，對(duì)GIS 局部放電檢測(cè)及故障處理有一定的參考價(jià)值。

　　0 引言

　　氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱GIS）是一種集聯(lián)絡(luò)、控制、測(cè)量和保護(hù)于一體的高度集成化開關(guān)電器。GIS 具有設(shè)備占地面積小、防火性能良好，運(yùn)行過程中安全性、可靠性高、日常維護(hù)的工作量少等優(yōu)勢(shì)。近幾年來，隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來越高， 同時(shí)對(duì)GIS 設(shè)備安全運(yùn)行的要求也相應(yīng)提高。GIS 中絕緣老化的一個(gè)重要因素是因?yàn)榫植糠烹?，而通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行局部放電檢測(cè)成為評(píng)定絕緣狀態(tài)的重要手段。下面就GIS 設(shè)備局部放電檢測(cè)技術(shù)及故障進(jìn)行分析。

　　1 GIS 局部放電檢測(cè)的方法概述

　　目前，有關(guān)局部放電檢測(cè)的方法有：電測(cè)法、非電測(cè)法。電測(cè)法又包括：超聲波檢測(cè)方法、脈沖電流檢測(cè)方法（ERA）、高頻檢測(cè)方法（HF）、甚高頻檢測(cè)方法（VHF）、超高頻檢測(cè)方法（UHF）。

　　而非電測(cè)法有：光測(cè)法、聲測(cè)法、化學(xué)法，在這些非電測(cè)法中，聲測(cè)法由于檢測(cè)時(shí)所用聲學(xué)傳感器不同被分為超聲波法及震動(dòng)法。在電測(cè)法中，超聲波檢測(cè)方法、脈沖電流檢測(cè)方法及超高頻檢測(cè)方法是目前常用的檢測(cè)方法。

　　1.1 超聲波檢測(cè)方法

　　超聲波檢測(cè)方法可以在GIS 外殼上直接安裝傳感器，不必在GIS 內(nèi)提前裝置，同時(shí)還可以沿著GIS 移動(dòng)手持傳感器，逐點(diǎn)查找出現(xiàn)故障的部位。這種檢測(cè)方法和超高頻檢測(cè)方法比較，對(duì)傳感器要求明顯降低，方便了工作人員進(jìn)行設(shè)備管理維護(hù)。另外，超聲波檢測(cè)法預(yù)防外部干擾的能力較強(qiáng)，直接通過觸發(fā)方式、觸發(fā)閾值、信號(hào)頻帶的設(shè)置進(jìn)行性能提升。

　　1.2 脈沖電流檢測(cè)方法

　　脈沖電流檢測(cè)方法作為IEC270 中推薦的一種傳統(tǒng)檢測(cè)方法，雖然可以對(duì)局部的放電水平進(jìn)行定量性檢測(cè)，但卻沒有局部放電現(xiàn)場(chǎng)的抗干擾能力，所以這種檢測(cè)方法通常適用于局部放電測(cè)量的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)中。

　　1.3 超高頻檢測(cè)方法

　　超高頻檢測(cè)方法中系統(tǒng)頻率控制在為0.3 ~ 3GHz 以內(nèi)，而通常外部電暈頻率小于200MHz,因此應(yīng)用超高頻檢測(cè)方法對(duì)局部放電進(jìn)行測(cè)量，不會(huì)受到電暈放電的影響。這種方法檢測(cè)的信號(hào)通常是應(yīng)用外置的傳感器或者是內(nèi)置的傳感器來進(jìn)行采集，所以必須對(duì)傳感器可靠性能進(jìn)行提升，才能有效地對(duì)局部放電進(jìn)行超高頻檢測(cè)。

　　1.4 常用檢測(cè)方法的對(duì)比分析

　　通過幾種常用檢測(cè)方法相比較，超高頻檢測(cè)方法，必須預(yù)設(shè)帶有測(cè)量精準(zhǔn)度的內(nèi)置傳感器在設(shè)備中，這種方法僅適合需要連續(xù)長(zhǎng)期進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備。脈沖電流檢測(cè)方法雖有較高靈敏度，但是只適用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量中。而超聲波檢測(cè)方法，在對(duì)絕緣故障中自由移動(dòng)且比率的顆粒進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，與其他檢測(cè)方法相比具有較高靈敏度，并且這種檢測(cè)方法應(yīng)用方便，較適用于在線短期監(jiān)測(cè)及帶電巡檢中，該種檢測(cè)方法已在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中檢測(cè)中得到大量的推廣應(yīng)用。

　　2 超聲波檢測(cè)方法中的圖譜分析與故障判據(jù)

　　2.1 超聲波檢測(cè)局部放電的圖譜分析

　　根據(jù)超聲波檢測(cè)局部放電測(cè)試儀信號(hào)的脈沖、連續(xù)及相位幾種模式圖譜特征，對(duì)實(shí)際故障進(jìn)行分析判斷。

　　脈沖模式反映了飛行高度與飛行時(shí)間兩者對(duì)應(yīng)關(guān)系中連續(xù)的電壓波形，這種模式的圖譜收集的采樣點(diǎn)多達(dá)1000 個(gè)，通過這些采樣點(diǎn)分析可以檢測(cè)出多個(gè)以周波構(gòu)成周期中的故障、缺陷。

　　2.2 GIS 局部放電的測(cè)試圖譜典型缺陷的故障判據(jù)

　　2.2.1 自由金屬顆粒

　　自由金屬顆粒作為GIS 中普遍的故障類型之一，這種顆粒在氣室里隨機(jī)運(yùn)動(dòng)對(duì)設(shè)備危害性較高，若顆粒落在殼體中就不再運(yùn)動(dòng)，經(jīng)長(zhǎng)期的電壓作用很可能引起毛刺放電。脈沖模式中，若飛行時(shí)間50ms < T < 100ms,且信號(hào)峰值Vpeak < 10mV時(shí)或是飛行時(shí)間T < 50ms,且信號(hào)峰值Vpeak < 20mV,可以不進(jìn)行設(shè)備處理。

　　2.2.2 毛刺放電

　　由于GIS 設(shè)備安裝過程附在高壓導(dǎo)體上面的焊疤、母線殼體、大毛刺等讓氣室里局部場(chǎng)強(qiáng)分布不均引起局部放電。如果局部放電測(cè)量信號(hào)的峰值Vpeak > 2mV 時(shí)必須進(jìn)行停電處理或監(jiān)視。針對(duì)GIS 設(shè)備電壓等級(jí)在363kV 及其以上的，因?yàn)槟妇€筒的直徑過大，檢測(cè)信號(hào)就會(huì)很快衰減，所以峰值低于（2mV） 時(shí)也應(yīng)該進(jìn)行處理。

　　2.2.3 電位懸浮

　　由于GIS 設(shè)備運(yùn)輸中碰撞、顛簸引起緊固件的松動(dòng)而造成電位懸浮，這中缺陷經(jīng)電壓運(yùn)行的長(zhǎng)期作用，金屬件會(huì)因局部放電而腐蝕，從而引起絕緣故障。若100Hz 頻率的相關(guān)性超過50Hz 頻率的相關(guān)性且測(cè)量信號(hào)的峰值Vpeak > 10mV,應(yīng)該緊密監(jiān)視峰值的變化或縮短檢測(cè)的周期。若100Hz 頻率的相關(guān)性及50Hz 頻率的相關(guān)性比值在1 ~ 2 范圍內(nèi)，信號(hào)的峰值Vpeak> 20mV 時(shí)，需停電處理。但是對(duì)于363 kV 和500 kV 及以上電壓等級(jí)的GIS 設(shè)備應(yīng)提高標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.2.4 絕緣內(nèi)部缺陷

　　交流電壓中絕緣子內(nèi)部缺陷具有典型局部放電的特征，利用脈沖電流檢測(cè)方法能檢查出這種缺陷，但是超聲波檢測(cè)方法檢測(cè)不出這種缺陷。

　　3 GIS 設(shè)備典型缺陷檢測(cè)圖譜和故障判據(jù)的分析

　　3.1 GIS 設(shè)備絕緣支柱的放電檢測(cè)

　　對(duì)500kVGIS 設(shè)備絕緣支柱放電檢測(cè)的圖譜和故障分析。

　　在絕緣子支柱的附近放上傳感器，測(cè)量得出50Hz 頻率的相關(guān)性比較大，且信號(hào)的峰值為10 ~ 20mV, 存在不穩(wěn)定的100Hz 頻率的相關(guān)性，初步分析絕緣子上表可能存在雜質(zhì)。設(shè)備通過解體之后檢查出絕緣支柱上存在“電樹枝”.

　　3.2 導(dǎo)電桿的接觸不良

　　對(duì)220kVGIS 設(shè)備的變電站TA 室中導(dǎo)電桿的接觸不良引起局部放電的檢測(cè)，信號(hào)峰值為20mV,有較強(qiáng)100Hz 頻率的相關(guān)性，伴有細(xì)微異常的聲響，初步分析是TA 室內(nèi)產(chǎn)生懸浮電位所致。設(shè)備解體之后發(fā)現(xiàn)SF6 氣體，由此可知，可能是TA 內(nèi)電極短，不能全部通入適配孔里而引起故障。

　　3.3 母線上毛刺放電

　　對(duì)220kVGIS 設(shè)備母線上的毛刺放電進(jìn)行超聲波的檢測(cè)。

　　信號(hào)峰值大約在2mV 左右，存在50Hz 頻率的相關(guān)性，利用相位模式的圖譜可發(fā)現(xiàn)負(fù)半周上放電特性，初步分析是毛刺放電。在間隔處檢查出15mm 的刮痕且伴有細(xì)微的顆粒在導(dǎo)體上。

　　3.4 屏蔽罩的松動(dòng)

　　對(duì)220kVGIS 設(shè)備中變電站閘門氣室里的屏蔽罩進(jìn)行局部放電檢測(cè)分析，信號(hào)峰值大約在6mV 左右，但卻顯示出典型100Hz 頻率的相關(guān)性。初步分析氣室的中心導(dǎo)體有可能出現(xiàn)了屏蔽罩的松動(dòng)情況。斷開電源之后將氣室打開，檢查出閘門和流變處的屏蔽罩出現(xiàn)松動(dòng)，緊固之后在通電，GIS 設(shè)備立刻恢復(fù)正常。

　　4 故障檢測(cè)的實(shí)例分析

　　通過110kVGIS 設(shè)備的變電站一1 次事故實(shí)例分析，證實(shí)有效的超聲波檢測(cè)方法能夠測(cè)量GIS 設(shè)備局部放電。變電站母線側(cè)123 開關(guān)A\B\C 相的變氣室運(yùn)行時(shí)伴有異常的聲響，工作人員立即停止運(yùn)行設(shè)備。但通過負(fù)荷切除之后，123 開關(guān)仍伴有異常的聲響，所以初步分析故障不是負(fù)荷的原因，應(yīng)該是電場(chǎng)造成的放電。

　　停止設(shè)備，逐漸提升工頻電壓并利用超聲波檢測(cè)局部放電方法測(cè)量故障設(shè)備。升壓過程設(shè)計(jì)許多測(cè)試點(diǎn)，每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)都應(yīng)用超聲波檢測(cè)局部放電儀器對(duì)局部放電進(jìn)行檢測(cè)。終在70% 的額定電壓內(nèi)耐壓的局部放電檢測(cè)中都沒有出現(xiàn)異常，在電壓提升到80% ~ 90% 的額定電壓時(shí)，持續(xù)幾秒有機(jī)械振動(dòng)異常聲響。

　　圖1 為L(zhǎng)4 相流的變氣室沒有常聲音時(shí)檢測(cè)的圖譜，觀察發(fā)現(xiàn)，幾種圖譜峰值都較小，幾乎不存在100Hz 及50Hz 頻率的相關(guān)性。

　　圖2 為L(zhǎng)4 相流的變氣室伴有異常聲音的檢測(cè)圖譜，和無異常聲音的相比，有效值與峰值均有增加，出現(xiàn)100Hz 頻率的相關(guān)性。從相位模式的檢測(cè)圖譜看，周期有2 簇信號(hào)的集中點(diǎn)。

　　而L4 相流加壓時(shí)或者輕敲殼體的時(shí)后均伴有異常聲響，幾秒之后聲響消失，由于未帶負(fù)載，所以應(yīng)該是放電造成的異常聲響。

　　通常TA 室由于松動(dòng)而引起電位懸浮的故障比較多，因此推測(cè)此次故障是TA 室部件松動(dòng)造成的放電。

　　通過現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的解體檢測(cè)，由于絕緣板的松動(dòng)造成局部放電，且現(xiàn)場(chǎng)檢查的結(jié)果和測(cè)量數(shù)據(jù)分析的結(jié)果相符。經(jīng)處理以后未出現(xiàn)故障的現(xiàn)象，未出現(xiàn)50Hz、100Hz 頻率的相關(guān)性，峰值及有效值均減小，設(shè)備恢復(fù)正常。

　　5 結(jié)論

　　總之，GIS 設(shè)備是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，保證其安全可靠運(yùn)行對(duì)于提高城市供電可靠性意義重大。而局部放電檢測(cè)作為GIS 在安裝完畢及正常運(yùn)行中的必試項(xiàng)目，因此，加強(qiáng)對(duì)GIS 局部放電檢測(cè)的研究，是有效發(fā)現(xiàn)GIS 設(shè)備產(chǎn)生的各種缺陷并及時(shí)加以排除的重要舉措。（作者：侯昌明）