特高频及超声波法在GIS设备带电检测中的应用
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【摘 要】气体绝缘金属封闭开关设备（简称GIS）用SF6气体作为绝缘介质，结构紧凑、占地面积小且检修周期长、运行可靠性高，近年来在国内外的电力系统中得到了广泛应用。随着电网电压等级和系统容量的不断增加，GIS設备的内部故障也随之增多，因此寻找有效的带电检测方法就显得尤为重要和紧迫了。特高频及超声波法是带电检测的两种常见方法。本文主要分析了特高频及超声波法在GIS设备带电检测中的应用策略。
【关键词】特高频；超声波法；GIS设备；带电检测；应用
GIS进行带电局部放电检测能够有效地发现其内部早期的绝缘缺陷，以便采取措施，避免其进一步发展，提高GIS设备的可靠性。特高频、超声波法是GIS设备带电检测的两种方法，通过特高频、超声波方式，带电检测GIS设备局放情况，可及时发现绝缘盆子内部缺陷，使用超声波方式的局放检测，对发现自由颗粒、振动、悬浮电位等内部故障灵敏度较高。特高频、超声波法有较高的灵敏度和抗干扰能力，检测效率高，可实现定位以及缺陷类型识别等优点。笔者结合实际经验，分析了特高频及超声波法在GIS设备带电检测中的应用。有不对之处，请批评指正。
1特高频（UHF）法
电力设备绝缘体中绝缘强度和击穿场强都很高，当局部放电在很小的范围内发生时，击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流，其上升时间小于1ns，并激发频率高达数GHz的电磁波。局部放电检测特高频（UHF）法基本原理是通过UHF传感器对电力设备中局部放电时产生的特高频电磁波（300MHz--3GHz）信号进行检测，从而获得局部放电的相关信息，实现局部放电监测。根据现场设备情况的不同，可以采用内置式特高频传感器和外置式特高频传感器。由于现场的晕干扰主要集中在300MHz频段以下，因此UHF法能有效地避开现场的电晕等干扰，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，可实现局部放电带电检测、定位以及缺陷类型识别等优点。
特高频法在现场得到广泛应用，积累了较多成功检测经验。李军浩等使用特高频法检测到PT气室内连接螺栓松动导致的悬浮电位放电；李秀广等使用特高频法检测到B相支柱绝缘子部位存在绝缘缺陷；杨春娟等使用特高频在线监测系统发现断路器侧V相碗状静触座底部与导体表面存在悬浮放电。
2超声（AE）法
电力设备内部产生局部放电信号的时候，会产生冲击的振动及声音。超声波法（AE or ultrasonic，又称声发射法）通过在设备腔体外壁上安装接触式超声波传感器或者通过敞开式超声波传感器来测量局部放电信号。该方法的特点是传感器与电力设备的电气回路无任何联系，不受电气方面的干扰，但在现场使用时易受周围环境噪声或设备机械振动的影响。由于超声信号在电力设备常用绝缘材料中的衰减较大，超声波检测法的检测范围有限，但具有定位准确度高的优点。
GIS内部局部放电会激发出频率20kHz以上的超声波信号，该频段信号可以避开检测现场最常见的音频干扰，利用超声波传感器检测放电产生的异常超声信号，通过类型识别和放电定位，可以实现对局部放电的有效检测，有助于尽早发现GIS内部存在的绝缘缺陷，以便及时进行处理，将故障隐患扼杀于萌芽状态。
超声波法同样在现场应用中积累了大量成功经验，吴迪等运用超声波法判断变压器异响原因为屏蔽罩松动而引起振动，通过解体验证了该结论；徐华等通过超声波法及网格定位法发现刀闸气室B相靠近盆式绝缘子的导体屏蔽罩有轻微松动；田霖等通过超声波法发现某500kV罐式断路器内部固定螺栓松动引起的悬浮放电。
3特高频及超声波法在GIS设备带电检测中的应用
3.1缺陷劣化程度量化评估
GIS局部放电带电检测的最终目的是通过检测结果判断GIS设备的运行状态，对缺陷劣化程度进行准确评估。然而，经过多年来的现场检测和实验室研究，众多学者及检测人员发现，通过单一的检测幅值及检测结果图谱并不能够准确的反应GIS设备具体的运行状况及缺陷劣化程度。缺陷劣化程度的准确评估需要充分考虑局部放电类型、放电机理、放电位置、检测幅值及缺陷的发展趋势等综合因素。近几十年来，国内外学者对各放电类型的机理研究较多，对通过局部放电检测判断缺陷劣化程度具有很好的促进作用。
国内有学者提出过基于局放的GIS缺陷危险程度评估方法及流程，主要基于放电类型、缺陷位置、缺陷发展程度和局放幅值4个因素对缺陷劣化程度进行评估，但是对具体的劣化程度的划分尚具有一定的主观性，无大量的实验室及现场检测数据的支撑。因此如何进行缺陷劣化程度的准确评估，给出定量的评估及预警依据也是后续局部放电检测技术的重要研究内容。
3.2 GIS局部放电在线监测
在线监测技术曾在GIS设备上广泛应用，然而由于监测装置本身故障频发并且可靠性低、常常出现误报、漏报等原因，引起过较大争议。但是从目前带电检测情况来看，虽然在检测时能够发现部分放电缺陷，但是由于受检测周期的限制，在一个检测周期内新发生的放电缺陷不能够及时有效的被检测出来，容易错过缺陷处理的最佳时机，造成设备故障，特别是对于重要设备而言，将会造成较大的损失。另外对于存在缺陷的GIS设备，采用在线监测装置实时观察其缺陷发展趋势，对准确把握GIS设备状态具有十分重要的作用。
因此，发展GIS局部放电在线监测技术，特别是对重要设备及带缺陷设备的在线监测，将是未来GIS局部放电检测的重要手段。相应的，进一步提高在线监测装置自身的质量水平，加强在线监测装置的灵敏性和抗干扰性能，提高在线监测数据准确性也将是下一步研究的工作重点。据了解，为了提高在线监测装置质量，加强在线监测装置入网质量控制，部分省份已提出GIS内置传感器入网前需送该省电科院进行检测等相关措施，这些措施也具有很好的借鉴意义。
3.3 GIS局部放电智能化带电检测
目前，现场进行GIS带电检测对人的依赖性比较大，无论现场检测还是结果分析都是由现场检测人员进行，对人员素质及技术水平要求较高。对于相同的检测信号，不同的检测人员给出的判断结果有可能并不相同，容易造成对检测结果的误判。采用智能化检测手段，建立大数据平台及专家诊断系统，综合收集设备检测历史数据、运行状况、检修数据等数据，提取检测结果特征信息，通过系统自动分析，准确判断设备运行状况，能够减少现场检测人员工作量、有效弥补检测人员的不足，提高检测结果准确性。然而尚未见有机构或厂家构建智能化检测平台，目前部分仪器自带的专家诊断系统对缺陷类型的分析准确率还较低，GIS局部放电智能化带电检测的研究工作还任重而道远。
4结语
综上所述，GIS设备在工作状态中，由于其制造工艺或其他原因，往往会引发局部放电情况，并在对电量不断积累的过程中，形成了内部闪络问题，最终导致了电力设备出现故障。而超声法的应用，就是为了达到在不停电情况下检测出这种局部放电以避免情势扩大，达到防患于未然的目的。在电力系统中可以运用超声检测技术有效地排除隐患，杜绝事故发生，具有较强的可行性。
参考文献：
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（作者单位：国网晋中供电公司）
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