GIS设备带电局放超声波法测试技术应用研究

GIS设备带电局放超声波法测试技术应用研究

陈超

（国网武汉供电公司变电检修室湖北武汉430050）

摘要：GIS设备作为电力系统中重要的组成部分，其运行时会不可避免的产生闪络放电、悬浮电位放点以及灰尘金属微粒放电等均会产生放电信号的故障。测量这些信号不仅可以了解GIS设备内部绝缘的实际情况，同时对整个电力系统的稳定运行也有着特殊意义。本文主要从GIS设备局部放电入手，着重分析GIS设备带电局放超声波检测技术的应用策略，以期为今后GIS设备的安全可靠运行提供强有力的技术支持。

关键词：GIS设备；带电局放；超声波；技术应用

GIS，即气体绝缘全封闭组合电器由于自身占地面积小、可靠性优越且维护量小等优势，在我国多地电网特别是山区电网建设中得到了广泛运用[1]。而正是由于GIS设备的封闭性高，采取常规停电检测有时很难发现其内部的局部放电故障，导致检测人员无法对GIS设备的运行状态进行准确评估。对此，必须要加大对GIS设备带电局放超声波检测技术研究分析力度，通过实践来总结该技术的应用经验，进而有效发现GIS设备内部局部放电故障。

一、GIS设备局部放电的内涵

在电力系统中，正在运行的电气设备内部各部位的电场强度参差不齐，比如转角部位或者尖锐部位的电场强度就要比其他平整部位的电场强度要大得多。如果某一区域内的电场强度超出了该区域的击穿场强时，则这一区域就会发生击穿放电。而如果该放电并没有完全击穿绝缘介质且到达电极两级时，就可将这种击穿现象称之为“局部放电”。可以说，是否会发生局部放电现象，关键要看设备本身绝缘介质的绝缘强度以及系统的电场分布。一般情况下，局部放电常常会由高电场强度施加在绝缘体内绝缘强度较低的部位而产生。其中，比较常见的情况有以下几类：第一，从绝缘子的角度来看。支撑绝缘子或者盘式绝缘子是GIS设备中较为关键的部件，如果其本身的质量存在问题，致使绝缘子出现裂纹或者气隙，又或者在安装时绝缘子表面残留尘埃以及污迹等，都会增加发生局部放电的几率[2]；第二，从封闭套筒的角度来看，在制作或者安装封闭套同时，如果遗留异物也会引发局部放电；第三，从导电杆的角度来看。如果在制作或者安装导电杆时，发生碰撞会让导电杆表面存在毛刺、尖角等缺陷，进而造成导体表面电场强度不均。毛刺以及尖角处在工频电压下不会被轻易击穿，但是在操作或者冲击电压下则会很容易被击穿；第四，如果部分导体接触不良，也会引发局部放电现象；等等。

二、GIS设备带电局放超声波检测技术的应用策略

1、超声波检测技术原理

超声波，也就是声发射原理（AE），由于GIS设备空间狭小且内部场强集中，当产生PD时气体分子之间会相互碰撞进而产生超声波脉冲，并且会伴随着声波频谱传播。声波作为一种机械振动波，主要包括横波、纵波以及表面波。其中，SF6气体中仅有纵波传播，但是在GIS设备腔体上则既有纵波传播，又有横波传播，并且向着GIS设备腔体四周以球面波的形式散射传播[3]。纵波衰减性大而横波在GIS设备腔体外衰减相对较小。在实际检测过程中，可以将由GIS设备局部放电发出的超声波看作是以点源的方式向四周传播，而超声波的波长普遍较短，所以它的方向性很强，且能量更为集中，我们可以凭借紧贴设备外壳的超声传感器对放电时产生的声波频率10KHz～200KHz信号进行接收，之后对其进行细致分析。技术人员根据声信号的相位、幅度、频率成分、原始信号特征乃至跟工频频率有关的特性来开展科学分析，进而为寻找SF6绝缘设备内部局部放电、机械松动以及自由颗粒等缺陷提供帮助。

2、GIS设备带电局放超声波检测技术的运用策略

超声波局部放电带电检测主要依靠安装于GIS设备外壳上的传感器来接收超声波信号，之后在通过分析声信号来判断GIS设备内部是否发生了局部放电或者异常震动缺陷，之后还可对这些缺陷进行定位。其中，如果按照使用方法进行划分，可将超声波传感器分为以下两种，即接触式传感器以及非接触传感器。在GIS设备带电检测中一般会选用接触式传感器，有条件的还会在检测现场利用非接触式传感器进行外部干扰识别以及干扰源定位[4]。超声波局部放电现场检测通常要经过以下两个步骤，即布置测点以及实施检测。首先，在布置测点时，需要遵循以下原则：两个测点之间的距离应控制在1米以内，盆式绝缘子两两之间至少应设置一个测点，且要将测点布置在GIS设备外壳的侧下方。同时GIS设备的断路器、隔离开关、接地开关、避雷装置、电流互感装置、电压互感装置、T型连接处以及L型连接处等位置都应布置测点，之后再开始检测。值得注意的是，如果要与历史检测结果进行对比，测点的布置也应该与历史检测相同。假设采用水平安装的盆式绝缘子，布置测点时需要适当增加测点数量，这是因为颗粒比较容易在这些部位残留并引发局放。检测时，检测人员应该先利用自检装置对超声波局放检测仪进行自检，直到自检合格后才可正式开始检测。第一步要先对背景噪声进行检测。背景信号的有效值以及周期峰值虽小但却稳定，并且主要来自周围环境噪声、仪器噪声以及放大器噪声等。如果发现背景噪声过大时，需要找出原因并初步排除。尽管超声波检测对于电气干扰并不敏感，但是现场的机械振动以及荧光灯的镇流器却会给超声波局放检测带来很大干扰。然后再分别检测间隔各气室超声波信号，尽量排除外界干扰，之后根据超声波信号的幅值水平、相位特征、特征指数以及时域特征等典型图谱来进行判断[5]。除此之外，各测点的检测时间都需要控制在15秒以上，避免间隙性放电不会被漏掉。另外，在检测过程中，一旦发现异常信号就应该适当延长测量时间，并搭配多种测量模式，也可以增加一定数量的测点，以确保局放位置定位的准确性以及高效性。

三、GIS设备带电局放检测技术的不足及其未来发展趋势

在很长一段时间内，GIS设备带电局放检测对人的依赖很大，不管是现场检测还是检测结果分析，总要由人来完成，这就对人员的素质以及专业水平要求极高。再加上受主观因素影响，相同的信号不同的人给出的判断也会存在差异，甚至还会出现误判。基于此，应该积极引用当前先进的智能化技术手段，建立大数据渠道以及专家诊断体系，对GIS设备检测的历史数据、运行情况以及维护等数据信息进行收集整理，获取检测成果特征信息。在经过专家诊断体系的自动剖析，实现对GIS设备运行状态的准确判定[6]。这一方面可以大大减轻工作人员的工作量，弥补缺少高素质技术人员的弊端，另一方面检测结果的准确性与实时性也能得到保证。但是就目前来看，针对GIS设备带电局放检测尚未有单位或企业建立相应的智能化检测渠道，很多仪器自带的专家诊断体系对缺陷类型的剖析还不够精准。可见，要实现对GIS设备带电局放的智能化检测依然还有很长的路要走。

四、结语

总之，GIS设备的安全稳定运行关乎整个电网的运行质量。对此，为提高GIS设备带电局放检测的精准度，可以将超声波检测技术作为研究应用重点，了解超声波检测技术原理，并结合其他成功应用经验，提出切实可行的GIS设备带电局放超声波检测技术运用策略，并针对当前超声波检测技术的不足做进一步的研究，从而有效提高电网的安全运行效率。

参考文献

[1]谢云飞,宋淑红,王红岩,等.超声波局放检测技术在GIS状态检修中的应用[J].电子世界,2016(10):200-200.

[2]魏翀,熊俊,杨森.GIS局部放电带电检测技术分析与现场应用[J].电气自动化,2016,38(2):106-108.

[3]张鑫,崔悦,于涛,等.GIS局部放电超声波检测技术测试方法及缺陷分析[J].机电工程技术,2016(1):119-122.

[4]毛文奇,吴水锋,谢国胜,等.GIS设备局部放电带电检测技术应用综述[J].湖南电力,2016,36(2):9-13.

[5]黄玉龙,周哲,赵新德,等.局部放电测试在GIS设备故障诊断中的应用[J].电工技术,2017(6):92-94.

[6]黄杨.GIS局部放电带电检测技术的分析与现场应用[J].工程技术:引文版,2016(12):00196-00196.