试论超声波局放检测在GIS耐压试验中的应用

试论超声波局放检测在GIS耐压试验中的应用

陈文新

（广东电网能源发展有限公司广东广州510160）

摘要：本文根据超声波局放检测原理，对检测系统的特点与理论进行分析，并通过试验探究的方式，对不同耐压间隔状态下，放电检测的应用与效果进行分析，最终将放电检测结果与解体结果进行对比，结果显示，超声波检测的确能够准确的进行故障定位与排除，检测结果具有较强的准确性与可靠性。

关键词：超声波；局放检测；GIS；耐压试验

引言

在城市化不断深入背景下，城市电网在GIS的支撑下得到迅速发展，但是在GIS运输过程中容易在振动、撞击等作用下导致元件松动或位移，影响安装位置的准确性，进而引发绝缘事故。对此，在GIS正式投运之前应开展耐压试验，并充分发挥超声波局放的检测作用，做到准确定位，抑制放电现象发生。

1、超声波局放检测原理

当GIS元件内部出现局放情况时，产生的电荷将在中和时产生激发较陡的电流脉冲，使放电部位在较短的时间内温度骤升而膨胀，待到放电结束后，膨胀区域将会逐渐恢复原本状态。在局放过程中，由于体积发生改变导致介质的疏密性发生改变，从而形成超声波，并以弹性波的形式将能量释放出来。与声波特性相结合，可采用20—100kHz的超声传感器，对外壳中的放电信号进行接收，再将其放大，利用带通滤波器对信号进行过滤后再次放大和检验，根据滤波线路输出顶部信号，对来源于发生器中的信息进行接收，实现对频率、峰值等参数的有效检测[1]。

2、GIS耐压局放检测系统特点与理论分析

2.1系统特点

该检测系统主要作用是在GIS耐压过程中对局放进行定位和监测，与其他局放测试设备相比，该系统能够更好的适应现场环境，具有较为显著的特点，一是监测单元可与主机之间进行无线通信，有效减少布线数量，由于现场GIS的间隔数量较多，故而实时监测单元数量也较多，由于现场耐压情况下电压量较高，此举可有效防止安全事故产生；二是具备动态分析与实时监测功能，在局放信号不断降低的基础上，构建自身信号模型，应用于信号实时识别与定位中，为故障点的查找提供更多便利。

2.2理论分析

在工程方面，通过传感器检测的大多为震荡衰减信号，从理论层面来看可利用单指数或双指数衰减模型进行模拟；在原理设计方面，一般是在两种模型基础上展开研究，在局放检测过程中，根据震荡衰减这一特点进行定位，用数学表达式可为：

式中，A代表的是局放脉冲值；e代表的是衰减值；fc代表的是震荡频率。

3、GIS耐压试验中超声波局放检测中的应用

3.1检测前准备

某变电站拥有24个间隔500KV的GIS，单元数量众多，体量庞大。为了有效减少设备重负耐压情况产生，将所有GIS耐压试验分为六次分相施加，将第1、3、5、7串与Ⅰ母线三相连接；将第2、4、6、8串与Ⅱ母线三相连接。在GIS耐压检测中引入的传感器数量仅为8个，为了充分发挥传感器的作用，使检测效果达到最佳，根据厂家经验与设备实际情况，确立以下实施方案。

（1）GIS采用3/2接线模式，由于每次耐压均含有4串和一条母线，且边开关间隔与中开关间隔相比故障发生概率更大，因此在设计时将传感器分别设置在每串的两台边开关间隔中；

（2）断路器、电压与电流互感器等气室均在生产完毕后统一封装运输，在运输过程中通常安装三维冲撞仪，对设备的振动情况进行跟踪记录，一旦超标则需要现场进行解体检验，因此产生问题的几率较低。由于隔离开关气室通常在现场进行拼装，在安装工艺上存在较大的不确定性，加上目前GIS故障类型多样，尤其是隔离开关的绝缘故障，为了有效避免上述问题发生，应在该气室中安装多个监测点[2]；

3.2试验过程

本次检测试验的方案为：（1）在正式升压之前，将不同传感单元设置在特定的检测点中；（2）当试验正式开始后开启检测，利用远程无线技术对各个检测点获取的信息进行接收；（3）按照实时监测图谱中的内容对脉冲情况进行评估；

首先，将耐压间隔确定为GIS中的第1/3/5/7串的B相与Ⅰ母线的B相，用W1代表第一串，用Q10代表第10个隔离开关气室，传感器的安装位置为：第1个传感器安装位置为第1串编号为3的气室中；第2个传感器安装位置为第1串编号为14的气室中；第3个传感器安装位置为第3串编号为3的气室中；第4个传感器安装位置为第3串编号为14的气室中；第5个传感器安装位置为第5串编号为3的气室中；第6个传感器安装位置为第5串编号为14的气室中；第7个传感器安装位置为第7串编号为3的气室中；第8个传感器安装位置为第7串编号为14的气室中。在超声波局放测试中，只是对整体调压与耐压的全程录波，因此只对8个通道在加压闪络情况下各个气室的信号幅值、波形特征进行监测。从监测结果可知，4号传感器中监测到的信号最强，3号次之，由于第三和第四传感器均在第3串上，由此可判定放电位置应该在W3Q14附近。

然后，将耐压间隔确定为GIS中的将第2/4/6/8串的A相与Ⅱ母线的A相，传感器的安装位置为：第1个传感器安装位置为第2串编号为3的气室中；第2个传感器安装位置为第2串编号为14的气室中；第3个传感器安装位置为第4串编号为3的气室中；第4个传感器安装位置为第4串编号为14的气室中；第5个传感器安装位置为第6串编号为3的气室中；第6个传感器安装位置为第6串编号为14的气室中；第7个传感器安装位置为第8串编号为3的气室中；第8个传感器安装位置为第8串编号为14的气室中。其中，5号传感器的放电信号最强，6号次之，如若在6号附近存在放电情况，那么与之相邻的4号8号信号强度应该次之，但4号8号的强度明显弱于6号，由于加压时只有Ⅱ母线带电，因此可判定放电位置应该在5号附近，即W6Q14的周围[3]。

3.3试验结果与解体对照

在第一次耐压中，将第1/3/5/7串的B相与Ⅰ母线的B相升压到400kv时出现内部闪络情况，从测试结果可知，放电位置在W3Q14附近。当检测面积缩小后，由辅助人员现场听音；在组分测试后，确定放电位置在W3Q12的气室中。经过现场解体可知，该气室的内部盆式绝缘子表面与屏蔽罩的位置发现少量因放电产生的粉末。

在第二次耐压中，将第2/4/6/8串的A相与Ⅱ母线的A相升压到592kv时出现变压器保护跳闸情况，将其降压到500KV后出现内部放电。根据耐压测试结果显示，放电处应该在W6Q3周围；在组分测试后没有发现放电点，说明放电量不足，没有引起突变。待几天后进行二次耐压试验，发现W6Q5气室中存在较强的放电情况。经过现场解体可知，该气室内部的确存在闪络情况。

结论：综上所述，通过采用超声波放电检测系统对局放情况进行测试，可对GIS交流耐压实验中的故障进行精准定位和排查，特别是在间隔数量较多的GIS中，可使定位精度得到进一步提升，在交接实验中准确迅速的寻找到设备缺陷所在，并有针对性的采取措施进行漏洞补充，确保变电站的安全稳定运行。

参考文献：

[1]曾雄杰，刘旭明，黄文武，等.超声波局放检测在GIS耐压局放试验中的应用[J].中国电力，2017（8）.

[2]苑超.超声波局放检测在GIS耐压试验中的应用研究[D].2016.

[3]贾志杰，陈少卿，陈洪波，等.超声波局部放电检测在GIS耐压试验的应用[J].中国电力，2018，46（12）：29-32.