GIS局部放电在线检测技术分析

摘要：随着我国电力工业建设的突飞猛进,现代电力系统正向着大电网、大机组、超高压及大容量的方向发展,封闭式气体绝缘变电站（简称GIS）以其运行可靠、占地面积小、不受外界环境的影响及检修周期长等优点得到了日益广泛的应用。本文评述了气体绝缘金属封闭开关设备（以下简称GIS）中局部放电的各种检测技术的原理特点、优缺点和适用范围等,通过分析比较,认为超高频法在GIS局部放电的在线检测中具有很好的发展前景。

关键词：GIS 局部放电 在线监测

1、引言

GIS因其结构小巧,集成化程度高,大量减少了用地面积,符合了节约型经济发展模式的要求,已成为高压开关设备发展的主方向。GIS内部的局部放电是造成绝缘劣化的主要原因。通过对GIS局部放电在线监测,可以监测到GIS的绝缘状况,预先发现GIS内部存在的绝缘缺陷,避免绝缘事故的发生。因此,开展GIS在线监测技术的研究具有越来越重要的意义。GIS的局部放电检测技术主要有:超声波检测法、化学检测法、脉冲电流法、超高频法等。下面将对上述方法的原理特点、优缺点和适用性进行分析。

2、GIS局部放电

局部放电是指发生在电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。

3、GIS局部放电在线监测方法

3.1 化学法

在GIS内部电弧放电的作用下,部分SF6气体会发生分解,SOF2和SO2F2为两个重要的中间分解物,根据SOF2和SO2F2浓度,可以判断GIS内部放电状况的严重程度。其优点为检测结果不受外界电磁干扰的影响。

化学法存在的问题是:试验统计分析表明,对自由微粒引起的局部放电测量效果差;GIS中的吸附剂和干燥剂可能会严重影响化学方法测量的准确性;短脉冲放电不一定能够产生足够的分解物;一次试验需要做多种分解物的气相色谱试验和红外谱图分析;断路器动作时产生的电弧亦会影响测量。

3.2 超声波法

GIS局部放电会产生声波,包括纵波、横波和表面波。在腔体外壁中传播的声波除纵波外还有横波,因此采用超声波传感器接收局部放电产生的振动信号,也能达到检测GIS内部局部放电的目的。

由局部放电产生的声波和金属屑撞击外壳引起机械振动的频率,在数千赫兹和数十千赫兹之间,为去除其他的声源干扰,超声波测量局部放电的仪器主频带多取在60～300kHz。超声波法的优点是传感器与GIS设备的电气回路无任何联系,不受电气方面的干扰。缺点是在现场中存在不少其他原因引起的外壳振动干扰,影响监测精度。

3.3 电气法

(1)外复电极法。20世纪80年代由日本研制出来,其结构是在GIS外壳上敷设绝缘薄膜和金属电极,外壳于金属电极形成的小电容耦合到检测阻抗上,经放大后被检测出来。小电容和检测阻抗对低频信号还起到隔离作用。另一种观点认为GIS内的局部放电将在导电杆及外壳上产生流动波,由于趋肤效应,在开始阶段流动波只能在外壳内流动,只有当流动波达到外壳不连续处（如盆式绝缘子）时,才能泄漏到外壳表面。通过电容测量到的信号是泄漏出的流动波产生的电压差。这种方法的优点是结构简单、较为实用,缺点是易受外界干扰,最小检测量约为300pC。

(2)内部电极法。共有两种内部电极法。其一是将GIS法兰稍加改造,在法兰内部加装金属电极与外壳形成电容,以此电容传感器提取局部放电的脉冲信号。这种方法的优点是结构简单、较为实用,其缺点是易受外界干扰。其二是日本于1983年研制成的在盆式绝缘子内靠近接地端预先埋设一个电极。其优点是抗干扰性能好、灵敏度高,可检测出5pC的局部放电。缺点是内电极只能在厂家生产过程中预先埋设,现场安装往往不易实现。

(3)脉冲电流法。当GIS内部产生局部放电时,接地线上有高频电流通过,因此可利用带有铁钛氧等磁心材料的罗可夫斯基线圈作为传感器测量此高频信号。此方法的优点是可以在很宽的频率范围内保持很好的传输特性,灵敏度高,放电量可以标定,缺点是地线需穿过线圈,给现场使用带来不便,最小检测量为100pC。

(4)特高频（UHF）法。该方法通过天线传感器接收局部放电过程辐射的UHF电磁波,实现局部放电的检测。在20世纪80年代,该方法开始在GIS设备的检测中逐步开始应用。该技术的特点在于:检测频段高,可以有效地避开常规局部放电检测中的电晕、开关操作等多种电气干扰;检测频带宽,所以检测灵敏度很高;而且可以识别故障类型和进行定位;UHF传感器相对于超声波检测法而言,其局部放电有效检测范围大,需要安装传感器的检测点少。UHF　检测的特点使其在局部放电检测领域具有其他检测方法无可比拟的优点,近几年取得了迅速的发展和广泛的应用。

4、结语

通过几种检测方法的分析与比较,认为UHF法具有灵敏度高、定位精度高,能识别缺陷类型,可发现早期局部放电等优势,对于避免电网重大设备事故的发生,保证GIS的安全运行、提高设备检修和维护效率能发挥巨大的作用,在GIS局部放电在线监测技术中具有很好的应用前景。

参考文献

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