GIS局部放电带电检测技术及现场运用

摘 要：文章阐述了气体绝缘组合电器（GIS）产生局部放电的机理，简要分析了GIS局部放电检测技术，比较了各种检测技术的优缺点，并将超高频法和SF6分解产物法用于成都供电公司GIS设备绝缘状态诊断。

关键词：气体绝缘组合电器;局部放电;化学检测法;超高频法

中图分类号：TM595 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）35-0015-02

气体绝缘组合电器（Gas insulated Switchgear，简称GIS）作为一种结构紧凑、性能优良的高压电力设备，在电力系统中运用越来越广泛。GIS内部绝缘结构主要为SF6气体绝缘，其在制造时出现的毛刺、安装运输时部件松动或接触不良引起电极电位浮动、运行中绝缘老化、以及各种情况下可能出现金属微粒等各种缺陷，都可能不同程度的导致GIS内部电场发生畸变，使得局部电场加强而产生局部放电（Partial Discharge，简称PD）。PD对绝缘的破坏作用是一个缓慢发展的过程，而且从局部开始，受多种因素影响，对运行中的GIS是一种隐患。由于电力系统中保护措施的日趋完善，各种过电压对设备绝缘的破坏作用相对减小，而运行中的工作电压对绝缘的劣化起着主导作用，PD既是引起绝缘劣化的主要原因，又是表征绝缘状况的特征量。因此，通过对GIS PD进行检测，可以在一定程度发现许多内部存在的缺陷，对保证GIS的安全可靠运行具有重要的现实意义。

1 局部放电检测方法

气体绝缘组合电器的局部放电检测方法主要分为非电检测法和电检测法两大类。

1.1 非电检测法

非电检测法主要包括超声波检测法和化学检测法。当GIS内部存在局部放电时，会生产超声波信号，可通过安装在GIS外壳上的超声波传感器进行检测，这种方法称为超声波检测法。超声波检测法主要优点是定位方便，因其无法进行局部放电量的定量分析，主要作为一种辅助测量方法进行运用;组合电器内部绝缘气体为SF6，SF6为一种非常稳定的惰性气体，绝缘强度高，正常情况下不会发生分解反应，当出现电弧放电等异常情况时，高温电弧能量会使SF6气体发生化学反应，生成SF4、SF3、SF2等硫化物，同时，当SF6气体周围含有微水和氧气时，会生产HF和H2SO3、SO2等化合物。通过采用气体传感器对SF6分解产物进行检测的方法称为化学检测法。通常情况下，SF6在不同的环境下发生的分解产物不同，含量以及产生速率等也有差异，可通过检测SF6气体组分含量与变化趋势来诊断其内部绝缘缺陷的情况。化学检测法优点是准确度和灵敏度高，是目前运用最广泛的局部放电带电检测方法之一。

1.2 电检测法

电测法主要是脉冲电流法和超高频法（Ultrahigh frequency，简称UHF）。脉冲电流法是IEC 60270标准推荐的检测方法，主要用于变压器局部放电定量检测，在GIS局部放电检测中运用较少，其原理是当产生局部放电时，在其耦合回路中会有脉冲电流，通过采用检测阻抗或者罗氏线圈传感器，就会耦合到脉冲电压信号。脉冲电流法检测频率通常在10 MHz以内，相比于超高频法而言，它的主要优点是可以对局部放电进行定量分析。

超高频法是目前运用于GIS局部放电检测最为成熟的一种方法，其检测频率通常为300 MHz～1 GHz，是近年来发展起来的一项新技术，也是运用于GIS局部放电检测最为成熟的一种方法。它是利用装设在GIS内部或外部的天线传感器接收局部放电激发并传播的300～3 000 MHz频段超高频信号进行检测和分析的一种方法。GIS内部腔体可视为一个同轴波导结构，PD激发的超高频信号在内部会以横电波和横磁波的方式在其内部传播，在GIS外部壳体的观察窗以及盆式绝缘子等位置会发生电磁波信号泄露，在这些位置安置UHF传感器可有效的检测到UHF信号。超高频法具有以下特点：

①检测频率高，有有效避开300 MHz以下的干扰信号，其抗电磁干扰能力强;②根据不同位置检测的超高频信号的时间差，可对局部放电发生位置进行定位;③超高频信号的波形特征信息丰富，可根据UHF脉冲的波形特征对典型故障进行诊断;④UHF法与振动检测法相比，检测的局部放电范围更广，需要安装传感器的检测点更少。

2 局部放电检测运用情况

成都供电公司购买了DMS超高频局部放电测试仪和JH 3000-2型SF6电气设备分解产物检测仪将其运用于GIS绝缘状态在线检测。针对18座GIS变电站全部进行了局部放电带电检测，某110 kV变电站为成都第一座GIS变电站，运行时间长，作为了重点检测对象。该站所用GIS组合电器为BBC公司生产。建站初期，大部分气室湿度数据偏大甚至超标，虽然厂家给出保障设备正常运行的保证，鉴于缺乏其他技术支撑，在多次监督试验后，全站不合格气室在2002年3月27日进行处理，然而，处理后SF6湿度很快恢复至原数据高点。至今该站已经运行23 a，承担了成都最繁华商业区的供电任务，SF6湿度测试数据也一直处于高位，但未出现明显增长。

由于此站GIS设备运行年限久且存在微水含量超标，对其进行超高频局部放电及SF6气体分解产物测试非常必要，超高频局部放电检测法和SF6气体分解产物测试法对荔枝巷变电站GIS绝缘状态在线监测的结果，见表1～表3。

从表1和表2可知，该站环境的干扰信号较大，其GIS设备无局部放电信号，绝缘状况良好。从表3可知，所有气室测试结果中未发现SO2+SOF2、H2S气体成分，CO气体含量在6.1～40.2 μL/L之间。结合超高频局部放电及SF6分解产物测试结果可以看出，该站在多年的运行中，未产生局部放电，绝缘气体中未发现绝缘体因放电高温分解的产物，表明该站GIS运行情况良好。

通过对成都供电公司其他17个GIS变电站进行测试，结果也都表明GIS绝缘状态良好。

4 结 语

文章简要介绍了各种用于检测GIS局部放电检测的方法，分析了其优缺点，并采用局部放电超高频检测法和SF6气体分解产物测试法用于成都供电公司GIS变电站绝缘状态测试，测试的结果反映出成都供电公司目前的GIS设备绝缘状态良好。

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