GIS局部放电检测方式的分析

摘 要：社会的快速发展，人们对电能质量的要求变的越来越高，与此同时，人们希望设备的安全运行能够得到进一步的保障。现在，GIS以其体积小、安全系数高等优势越来越频繁地在电力系统中得到了实际应用。一般来说，GIS设备是不需要额外维护的，但是，GIS可能会出现意外的故障，在出现故障时，对其修复将需要更长的时间，GIS的故障也将会对现有的电力系统造成极大的危害。GIS出现故障的主要原因是其绝缘老化，而造成其绝缘老化的主要因素是设备的局部放电。现在检测局部放电方法有光学检测法、化学检测法、声学检测法、常规电测法和超高频法。但由于每种方法都有其缺陷，使得检测设备局部放电的精度不高。文章提出了基于超声波的GIS局部放电检测系统的整体方案。

关键词：电能；GIS；局部放电；检测报价；方案

中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）24-0005-02

1 GIS局部放电检测发展现状、研究的目的和意义

如今，无论在国内还是在国际上针对GIS的局部放电检测技术都在高速发展，国内外已经有很多专家学者在GIS的局部放电检测上取得了很大的突破，获得了不错的成绩。

1.1 国内研究

清华大学在90年代相继研制出来采用UHF法的便携式局部放电检测设备和GIS局部放电在线检测系统，这两种检测局部放电的方法是采用外部的传感器进行监测，实用性较强。但该方式和局部放电检测设备对检测到的信号不能够很好的处理。

西安交通大学在90年代末研制出一种超宽频带局部放电传感器。试验证明，其对其频率响应特性进行测量效果较好。

1.2 国外研究

英国的Strathclyde大学联合NGC和Scottish Power plc共同设计出了一套UHF局部放电检测系统。系统中断路器工作时可能产生快速暂态过电压（VFTO），为了有效的防止快速暂态过电压的产生，应该对检测系统实施相应的保护措施，钳位二极管应该分别设置在UHF信号调节处和耦合器输出处。但由于系统并不是依靠UHF局部放电信号进行分析，导致检测系统的检测精度不能得到保证。

瑞士大学研制出一种基于宽带和窄带结合的多通道、实时响应的GIS局部放电检测系统。系统的中每个测量通道都含有一个低噪声宽带传感器。此系统适合于在相关技术开发过程中的实验室测试和GIS的长期监测。但是由于此系统的确切精度不能得到保证，需要进一步的研究。

21世纪初，俄罗斯科学家Arakelian针对GIS局部放电检测提出物理―化学诊断方法，其的检测原理是：一般来说，SF6中会含有部分杂质，所以当设备发生局部放电时，在温度和压力的作用下，设备内密度、湿度和酸碱度等参数会发生一些变化。根据参数的变化可分析得出局部放电的程度。但由于此方法的局限性一般用于辅助分析绝缘故障时使用。

此外，还有20世纪初日本大阪大学的Kawada提出的采用宽带电磁波（E-M）动态频谱分析的小波方法。

2 传统检测GIS局部放电的方法

传统检测GIS的局部放电方法主要可以划分为两种类型：电测法和非电测法，具体来说有以下五种检测GIS局部放电的方法。

2.1 非电气检测局部放电法

2.1.1 光学检测GIS局部放电法

在现有的检测技术当中，光学检测法来检测放电产生的光是现有最灵敏的方法。采用光学检测有时都可以检测到一个光子的发射。玻璃和SF6气体都有很强的吸光能力，所以在检测是一般要采用透过石英透镜。光学检测GIS局部放电法在检测已知点的局部放电比较有效。但将光学检测GIS局部放电法用于检测未知的放电源时，其灵敏度会受到很大影响。

2.1.2 化学检测GIS局部放电法

化学检测GIS局部放电法是检测击穿SF6后分解生产的其他物质来间接检测局部放电的方法。通常电解SF6生成的气体有SOF2和SO2F2，一般检测这两种气体采用气相色谱仪和质谱分析对气体进行检测，其灵敏度高。但化学检测GIS局部放电法容易受到电气的干扰，并且化学检测GIS局部放电法所需时间较长，一般都需要几个小时或者几天的时间，这对其广泛应用产生了影响。

2.1.3 声学检测GIS局部放电法

GIS中局部放电涉及到的声音信号的带宽一般在20～

250 kHz之间，带宽较长，声学检测局部放电一般对其局部放电时产生的声带常采用加速度传感器和声发射传感器等进行检测。

2.2 电气检测局部放电法

2.2.1 常规电测法

常规电测法是在二十世纪八十年代提出的，后来常规电测法在对GIS局部放电检测中得到了广泛的应用。采用常规电测法对GIS局部放电进行测量时，一般通过对传感器和GIS等值电容进行调节来提高检测的灵敏度。但是采用常规电测法对GIS局部放电检测时容易受到外部的电磁干扰。

2.2.2 超高频法

超高频法在20世纪80年代初期由英国提出。一般来说，超高频法抗噪声干扰能力较强，并且有很好的局放源定位能力。但当检测与局放源距离较远时，采集信号衰减会衰减的很快，所以采用超高频法对GIS局部放电进行检测时会需要较多的传感器。

3 基于超声波检测局部放电的方法

在GIS局部放电中，不同的绝缘缺陷类型产生的局部放电会有不同的特征，要想研制出合适的检测GIS局部放电的方法，要对不同类型的局部放电的波形放电相位等信号特征进行采集和分析。找出不同类型信号之间分别的依据。

为了采集到不同类型信号的数据的真实性，为了试验装置能更好的对GIS局部放电进行检测，要保证试验装置满足以下条件：

①要保证试验装置内应含有真实的GIS模型，GIS模型应该有和真实的GIS有相同的绝缘性能和绝缘结构，并且要保证GIS模型和真实的GIS一样，有相同的SF6绝缘环境。

②试验装置中应包含充气装置，这样方便了打开气室来模拟各种绝缘缺陷和对各种局部放电进行模拟试验。

③要求试验装置有较好的高压试验环境，这样能够减小自电晕放电的影响和电源的干扰。

④要求试验装置有一套对局部放电测量的系统，这样能够方便对信号比较和放电量的测量。

⑤具有一套超高频测量系统，超高频测量结果是在现场条件下希望用来进行放电类型判别和放电量估计的重要数据之一。

⑥试验装置应有必要的保护措施，包括高电压保护和 SF6排放，以保证人员及设备的安全。

超声波检测装置主要包括超声传感器、前置放大器、DSP高速数据采集系统、基于ARM的高性能嵌入式控制平台和后台具有强大数据分析能力的服务器等，首先将传感器采集到的数字信号进行处理，本方法的主要内容是用超声波法对绝缘缺陷类型确认和识别。处理之后通过网络将处理之后的信号预处理后的信号传送到远程服务器，在收集到处理之后的信号后进行抗干扰处理并提取信号的特征参数，之后将收集到的成果存储到信号特征数据库。最后相关学者和专家对特征数据库中的数据做出GIS绝缘状态的相关诊断。

GIS局部放电对设备的正常运行时很重要的一步。对GIS局部放电检测的思路主要包括检测设备的选择、对干扰的确定、判定绝缘缺陷的类型及对绝缘缺陷的定位，具体各个阶段如图1所示。

4 结 语

采用超声波发对GIS局部放电进行检测是一项十分繁琐的工作，虽然采用超声波发对GIS局部放电检测有了一定的进展，但还有许多问题有待解决，如在现场对GIS局部放电进行检测时，外界环境过于复杂，其中存在着大量未知的干扰，怎么去抑制外界干扰来得到正确的关于局部放电的数据是今后要面临的一项挑战；另外，GIS存在的绝缘缺陷的类型繁多，不同的绝缘缺陷类型会表现出不同的形态，今后还要不断努力去精确确认各种局部放电类型。

参考文献：

[1] 李立学.GIS局部放电超高频包络检测研究[D].上海：上海交通大学，2009.

[2] 陈宏福.超声波法检测GIS局部放电的研究[D].上海：上海交通大学，2008.

[3] 王天健.GIS局部放电检测与故障诊断[D].北京：北京交通大学，2010.