GIS局部放电检测技术

摘要：实际故障的统计分析表明，绝缘故障是影响设备正常运行的主要原因。而局部放电是造成绝缘劣化的主要原因，也是绝缘劣化的主要表现形式，与设备绝缘的劣化和击穿过程密切相关，能有效地反映设备内部绝缘的故障。因此，对电力设备进行有效的局部放电检测对于电力设备的安全稳定运行具有重要意义。GIS（Gas Insulater Switchgear）指气体绝缘金属封闭开关设备，是一种兴起于20世纪60年代的成套封闭式高压电器设备。它是将除变压器之外的所有设备，如断路器、避雷器、电压互感器、电流互感器、隔离开关、接地开关、套管、母线等多种高压电器组合、封闭在接地的金属外壳内，壳内充以0.3MPa-0.4MPa的SF6气体作为绝缘和灭弧介质。GIS的突出特点是体积小、占地面积少，GIS变电站占地面积仅为常规变电站的10%-15%，且不受环境和海拔的影响，运行维护工作量小、检修周期长、安全可靠性高，因此近些年来得到了越来越广泛的应用。

关键词：GIS;局部放电;检测;技术;分析

1导言

GIS设备局放检测技术局部放电检测是以发生局部放电时产生的电、光、声等现象为依据，来判断局部放电的状态，包括定位和放电的程度。GIS局放常用的检测方法主要为超声波和特高频检测联合检测法。

2超声波检测法

GIS设备发生局部放电时，放电使通道气体压力骤增，在GIS内部（气室）气体中产生压力声波，以纵波的方式传播到GIS外壳。超声波检测是通过设置在GIS设备金属外壳上的声传感器，来检测、识别和定位局部放电缺陷。超声波法检测范围相对较小，需要与被测设备的表面实施完全接触，适合定位测量，主要用于检测套管、终端、绝缘子的表面放电，对于其他放电类型不敏感。

3特高频检测法

运行中的GIS内部充有SF₆气体，其绝缘强度和击穿场强都很高。当局部放电在很小的范围内发生时，将产生很陡的脉冲电流，脉冲向四周辐射出的特高频电磁波。GIS有许多法兰连接的盆式绝缘子、拐弯结构和T形接头、隔离开关及断路器等不连续点，特高频信号在GIS内传播过程中经过这些结构时，可以通过这些盆式绝缘子透射出来。

4超声波和特高频联合检测法

特高频法检测范围较大，并且对所有的放电类型都比较敏感;超声波法检测范围小，可用于故障的精确定位。因此，这两种方法联合使用能起到取长补短的作用，且可以互相确认，消除误判断的可能。在进行GIS局部放电检测时，首先利用特高频法确认被测设备是否存在局部放电的缺陷，若发现有疑似放电点，利用超声波法进行确认并精确定位。

5 GIS局部放电

局部放电是指发生在電极之间非贯通性放电。初始时放电是非常微弱的，一般不会影响绝缘能力，但是如果这种放电长时间持续存在，就会逐渐导致绝缘劣化，使得绝缘介电性能降低，最后整个绝缘都会被击穿。GIS局部放电类型主要分为：一是固体绝缘内部局部缺陷放电;二是尖端放电;三是浮电位放电;四是沿面污秽放电。局部放电是GIS绝缘劣化的征兆和体现，也是造成绝缘进一步劣化的原因，是表征GIS绝缘性能的一个重要参数。国际大电网会议CIGRE调查表明，50%以上的GIS故障是可预先发现的。因此对GIS进行局部放电在线检测，了解其局部放电情况，能够及早发现绝缘缺陷，及时检修，尽量避免事故的发生，GIS局部放电在线检测对GIS的稳定可靠运行具有重要意义。

6GIS局部放电常见在线检测技术

局部放电是能量瞬间爆发的过程，GIS发生局部放电时，能量以光、电、热、声等形式散发出去。此时产生的电磁波会通过GIS腔体上的盘式绝缘子、T形接头等断点处传播出去，也会在接地线上有放电脉冲电流流过;GIS腔体中气压增大，气体产生振动，会在GIS气体中产生纵波或超声波，并在GIS腔体外壳上出现各种纵波、横波和表面波等声波;GIS发生局部放电时，部分SF₆气体会分解，使得GIS腔体中的气体成分发生变化。以上这些物理变化和化学变化的变化规律和特征都可作为局部放电检测对象，用以直接检测或诊断。目前，国内外采用的方法主要有：化学法、光学法、机械振动法、电气测量法、超声波法、特高频（UHF）法等方法。

6.1化学法

GIS设备内部发生局部放电时，SF₆气体会分解出SF₄、SOF₂、HF、SO₂等气体。可以通过检测装置从GIS设备中提取一定体积SF₆气体，对其气体成分进行检测或进行色谱分析，了解GIS运行状态，发现潜伏故障。此方法适用于离线检测，不能运用于在线检测。

6.2光学法

GIS设备内部发生局部放电能量以光的形式发散出去时，会有光子出现，可以通过光电倍增器对发射的光子进行监测，从而实现GIS设备局部放电的检测。此方法虽然不受电磁干扰的影响，但射线在传输过程中会被SF₆气体和其他材料强烈地吸收和发射，造成信号衰减和畸变，检测准确度和灵敏度不高，且不具备故障定位能力。

6.3机械振动法

机械振动法基本原理是一旦发生局部放电，就会产生一定的振动波，经过传递后会在金属外壳上引起轻微振动，可以通过在GIS设备外壳处安装敏感度较高的加速度传感器实现振动信号的检测。对于此方法，设备操动机构动作和运行中的噪音会对检测信号造成较大干扰，导致其检测灵敏度不高。

6.4电气测量法

6.4.1电极法

电极法分为外部电极法和内部电极法。外部电极法是在GIS设备外壳上覆盖一绝缘薄膜和一金属电极片，外壳与金属电极片之间构成一个电容，可将高频放电信号耦合到检测阻抗上，该阻抗上的信号经放大处理后，即可得到GIS局部放电量。此种方法灵敏度高、结构简单、且易于实现，但同样也易受外界干扰。内部电极法是在法兰内部加装金属电极片，该电极片与外壳构成耦合电容，以此电容传感器实现局部放电信号的检测。

6.4.2脉冲电流法

当GIS设备内部产生局部放电时，接地线上会有高频脉冲电流通过，可以通过测量设备外壳接地线中的脉冲电流信号来检测局部放电信号，可采用带有铁芯的罗戈夫斯基线圈作为传感器，外壳接地线中的局部放电脉冲穿过环状铁芯时，绕在铁芯上的线圈就会出现同样波形的电流。此方法不需对高压设备做任何改造，且传感器可在较宽频率范围内保持很好的传输特性，但此方法仅能实现局部放电量的测量，无法对放电位置进行定位。

7结论

总而言之，在GIS局部放电检测中，超声波法和特高频法联合检测是非常有效的检测方法，能够及时发现GIS内部的缺陷。通过在油田110kV GIS中的应用这种检测方法，基本掌握了油田110kV GIS的绝缘状态，为110kV GIS设备的运行和维护提供了指导。

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