電力工業(yè)中SF6封閉式組合電器，將除變壓器外的其他電氣設(shè)備經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)有機(jī)的組合成一個(gè)整體，因其運(yùn)行可靠性高、維護(hù)工作量少、檢修周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，但GIS也有其固有的缺點(diǎn)，由于SF6氣體的泄漏、外部水分的滲入、導(dǎo)電雜質(zhì)的存在、絕緣子老化等因素影響，都可能導(dǎo)致GIS內(nèi)部發(fā)生故障，SF6氣體在電弧﹑放電和過(guò)熱作用下分解。

通過(guò)對(duì)GIS組合電器內(nèi)部缺陷進(jìn)行在線綜合診斷，可盡早發(fā)現(xiàn)缺陷并進(jìn)行準(zhǔn)確定位，從而使檢修工作能有計(jì)劃地進(jìn)行，縮短檢修時(shí)間和節(jié)省檢修費(fèi)用，提高運(yùn)行可靠性。

GIS內(nèi)部局部放電檢測(cè)的幾種方法與原理

1.超高頻局部放電檢測(cè)

當(dāng)GIS內(nèi)部存在局部放電現(xiàn)象時(shí)，所產(chǎn)生的UHF電磁波能夠沿著GIS的管體向遠(yuǎn)處傳播。GIS 的同軸結(jié)構(gòu)對(duì)于電磁波信號(hào)是良好的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，信號(hào)在內(nèi)部傳播時(shí)衰減很小。當(dāng)GIS內(nèi)部的UHF信號(hào)傳播到盤式絕緣子處時(shí)，部分信號(hào)會(huì)通過(guò)此絕緣縫隙輻射到GIS設(shè)備的體外。

UHF信號(hào)流過(guò)GIS殼體時(shí)在縫隙處會(huì)產(chǎn)生二次輻射，且縫隙寬度不會(huì)對(duì)輻射強(qiáng)度產(chǎn)生決定性影響。在GIS體外的盤式絕緣子處安放天線傳感器，則可以傳感到GIS設(shè)備內(nèi)部的UHF局部放電信號(hào)。

2.超聲波局部放電檢測(cè)

超聲波檢測(cè)法是當(dāng)GIS 內(nèi)部產(chǎn)生局部放電時(shí)不僅會(huì)激發(fā)出超高頻電磁波同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生沖擊的振動(dòng)及聲音，壓力波形成超聲信號(hào)，通過(guò)把超聲波探測(cè)器吸附在GIS 外殼上來(lái)探測(cè)超聲波的形式來(lái)檢測(cè)局部放電。

3.SF6 分解物測(cè)試

當(dāng)GIS內(nèi)部存在局部的高能量放電或過(guò)熱性故障時(shí)，SF6氣體及絕緣材料將會(huì)分解產(chǎn)生SO2、SOF2、H2S、HF、CO等產(chǎn)物，通過(guò)檢測(cè)得到分解產(chǎn)生的幾種特征氣體在單位設(shè)備內(nèi)氣體中的含量，以此來(lái)判斷局放故障是否發(fā)生以及故障發(fā)生的大致部位（目前國(guó)內(nèi)多家科研院所均進(jìn)行了相關(guān)研究并給出氣體組分的參考指標(biāo)，同時(shí)也有國(guó)標(biāo)的征求意見(jiàn)稿作參考）。

4. 超高頻檢測(cè)和超聲波檢測(cè)原理圖及各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

超高頻檢測(cè)和超聲波檢測(cè)原理圖見(jiàn)圖1。

圖1 超高頻檢測(cè)和超聲波檢測(cè)原理圖

超高頻傳感器具有良好定向接收功能，檢測(cè)時(shí)貼近那些易于輻射出局放超高頻電磁波信號(hào)的部位，即可檢測(cè)到信號(hào)，其技術(shù)性能為：

• (1)各類放電缺陷反應(yīng)靈敏，利用體外傳感的檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)效果比較理想；
• (2)對(duì)電磁干擾抵抗能力較好，對(duì)振動(dòng)噪聲的影響不敏感；
• (3)需要布置的測(cè)點(diǎn)少，檢測(cè)的有效范圍較大，在線巡檢和在線監(jiān)測(cè)可得到滿意的效果；
• (4)依據(jù)UHF信號(hào)的頻譜和放電脈沖的波形特征進(jìn)行故障診斷，使用兩個(gè)傳感器可實(shí)現(xiàn)定位功能。

超聲波傳感器可在電氣設(shè)備接地的金屬外殼上檢測(cè)到局放信號(hào)，其技術(shù)性能為：

• (1)利用體外傳感的檢測(cè)技術(shù)，對(duì)電磁干擾不敏感，容易受到振動(dòng)噪聲信號(hào)的影響；
• (2)根據(jù)局部放電產(chǎn)生的超聲信號(hào)波形、頻譜、傳播衰減等特征進(jìn)行故障診斷和定位；
• (3) 對(duì)懸浮電位、自由金屬顆粒及金屬尖端放電所產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)較為敏感[2]，對(duì)GIS導(dǎo)體及盆式絕緣子上的缺陷，檢測(cè)靈敏度有所降低；
• (4)有效檢測(cè)范圍小，需要布置的測(cè)點(diǎn)較多，定位準(zhǔn)確。

國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議CIGRE WG33/23-12工作組對(duì)GIS局部放電檢測(cè)方法的研究，認(rèn)為特高頻法（UHF）的抗干擾能力最好，檢測(cè)范圍較大，且對(duì)所有放電類型都比較敏感；而超聲波法則對(duì)測(cè)量近距離范圍內(nèi)的自由移動(dòng)顆粒比較靈敏，且便于確定故障的位置。

某現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)接線圖及示意圖

測(cè)量系統(tǒng)接線圖和實(shí)物圖見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 測(cè)量系統(tǒng)接線圖

圖3 測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖

某現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的超高頻局部放電與SF6分解物聯(lián)合檢測(cè)

1.超高頻局部放電檢測(cè)

(1)實(shí)時(shí)檢測(cè)結(jié)果

使用超高頻檢測(cè)儀對(duì)變電站內(nèi)部分具有盤式絕緣子的法蘭盤進(jìn)行了檢測(cè)。在110kV母線PT附近法蘭盤1和法蘭盤2處都檢測(cè)到了局部放電信號(hào)，檢測(cè)到局部放電信號(hào)的法蘭盤位置如圖2所示，法蘭盤1和法蘭盤2實(shí)時(shí)檢測(cè)圖譜如圖4、圖5所示。

未排除背景干擾的情況下，法蘭盤1的最大放電幅值在150mV左右，法蘭盤2的最大放電幅值在120mV左右，兩個(gè)法蘭盤均檢測(cè)到局部放電現(xiàn)象。法蘭盤1處檢測(cè)到的局放量比法蘭盤2處檢測(cè)到的局放量偏大。

圖4 法蘭盤1超高頻檢測(cè)實(shí)時(shí)圖譜

圖5 法蘭盤2超高頻檢測(cè)實(shí)時(shí)圖譜

(2) 固體絕緣內(nèi)部間隙放電典型圖譜和檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)局部放電現(xiàn)象的法蘭盤檢測(cè)實(shí)時(shí)圖譜見(jiàn)圖6、圖7。

圖6 GIS固體絕緣內(nèi)部間隙放電典型圖譜

該圖譜波形特征為脈沖清晰、幅值較小、幅值分散；相位特征為電壓峰值左右，相位分布較大；頻譜特征為高頻分量較弱。

圖7 無(wú)局部放電氣室法蘭盤超高頻檢測(cè)實(shí)時(shí)圖譜

該圖譜幅值分布均勻，是在整個(gè)相位內(nèi)存在的背景干擾脈沖。

2.SF6 分解物測(cè)試

為了進(jìn)一步確認(rèn)被檢氣室的局部放電故障，對(duì)該氣室進(jìn)行SF6分解物測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明SO2+SOF2、CO含量均超過(guò)了參考標(biāo)準(zhǔn)的要求，表明該氣室存在局部放電故障，得到了與超高頻檢測(cè)相一致的結(jié)論。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1

3.存在局部放電氣室放電源的分析

使用儀器的定位模式對(duì)局部放電點(diǎn)進(jìn)行定位，確定局部放電點(diǎn)位于避雷器的上部。超高頻檢測(cè)圖譜顯示符合GIS固體絕緣內(nèi)部間隙放電典型圖譜的特征。

由于分解物中檢測(cè)到SO2+SOF2和H2S氣體組分，對(duì)于非滅弧氣室來(lái)說(shuō)，正常運(yùn)行是不會(huì)產(chǎn)生的，可以說(shuō)明內(nèi)部存在局部放電現(xiàn)象，由于檢測(cè)出的CO含量很高，國(guó)內(nèi)相關(guān)參考標(biāo)準(zhǔn)建議該組分含量一般在50-100μL/L以下，判斷為內(nèi)部存在固體絕緣材料的高溫裂解。

基于上述檢測(cè)結(jié)果綜合分析為避雷器上部氣室的固體絕緣材料內(nèi)存在局部放電導(dǎo)致固體絕緣材料的高溫裂解及SF6氣體分解。

結(jié)論與展望

GIS組合電器超高頻、超聲波局部放電檢測(cè)可準(zhǔn)確判斷設(shè)備缺陷類型，確定故障性質(zhì)，檢測(cè)設(shè)備定位功能可實(shí)現(xiàn)故障源的準(zhǔn)確查找，做到檢修工作具有針對(duì)性和高效性。

SF6分解物測(cè)試可對(duì)已檢出的局部放電故障進(jìn)一步定性。將超高頻、超聲波局部放電檢測(cè)和分解物測(cè)量有效地結(jié)合起來(lái)，對(duì)故障分析起到互相佐證的作用。

設(shè)備交流耐壓試驗(yàn)時(shí)高電壓作用下部分局部放電缺陷容易暴露，試驗(yàn)過(guò)程配合局放檢測(cè)發(fā)現(xiàn)潛在缺陷具有很好的推廣價(jià)值。

（編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“GIS內(nèi)部放電缺陷的綜合診斷方法與實(shí)踐”，作者為付文光、楊玥 等。）