鄺文明 李　浩

（國(guó)網(wǎng)馬鞍山供電公司）

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超聲波局放檢測(cè)技術(shù)在GIS上的應(yīng)用

鄺文明 李浩

（國(guó)網(wǎng)馬鞍山供電公司）

摘要：本文針對(duì)GIS設(shè)備的局放缺陷，分析了傳統(tǒng)檢測(cè)法的缺點(diǎn)，引入了超聲波局放檢測(cè)法，介紹了其檢測(cè)原理及不同局放的類型、圖譜特征。通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例，驗(yàn)證了超聲波局放檢測(cè)技術(shù)在GIS電力設(shè)備應(yīng)用上的有效性和優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：超聲波；局放檢測(cè)；GIS

0 引 言

由于具有占地空間小、性能運(yùn)行可靠、維護(hù)工作量少等顯著優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，因金屬外殼的接地屏蔽作用，還有利于工作人員的安全和健康，GIS設(shè)備在電力系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

但是，在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，GIS設(shè)備內(nèi)部在高場(chǎng)強(qiáng)作用下，經(jīng)常存在絕緣隱患，而隱患的表征形式是局部放電（以下簡(jiǎn)稱“局放”）。因此，為了GIS設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行安全，對(duì)局放現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)刻不容緩。

1 傳統(tǒng)檢測(cè)法

在GIS設(shè)備中，傳統(tǒng)的局放檢測(cè)法是電測(cè)法，也稱為脈沖電流法。此法通過使用脈沖電流傳感器，針對(duì)設(shè)備的接地線進(jìn)行取信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，結(jié)構(gòu)上較為簡(jiǎn)單同時(shí)也較容易實(shí)現(xiàn)，但是，它的測(cè)量頻率很低、頻帶也很狹窄，而且在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，因?qū)祀s在局部放電信號(hào)中的外界干擾信號(hào)難以識(shí)別，靈敏度很差，其應(yīng)用十分受限，已經(jīng)無法滿足當(dāng)今設(shè)備對(duì)高精度的測(cè)量要求。

2 超聲波局放檢測(cè)法

2.1 檢測(cè)原理

GIS設(shè)備內(nèi)部構(gòu)架遭遇局放時(shí)，會(huì)有沖擊的聲波信號(hào)出現(xiàn)。GIS超聲波局放檢測(cè)法就是通過采集、處理和分析GIS設(shè)備的局放電流激發(fā)出的超聲波信號(hào)，從而獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一種狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)，也稱為聲發(fā)射法[1-2]。

檢測(cè)時(shí)，將超聲波傳感器安置于GIS設(shè)備的腔體或外壁上，通過轉(zhuǎn)換超聲波信號(hào)為模擬信號(hào)，并借助同軸電纜從而傳入到檢測(cè)主機(jī)（測(cè)量系統(tǒng)）。主機(jī)采樣、處理得到的模擬信號(hào)后，會(huì)將最終的檢測(cè)結(jié)果顯現(xiàn)在人機(jī)交互界面上。此外，經(jīng)由多通道超聲波檢測(cè)中提取到的不同超聲波信號(hào)到達(dá)不同傳感器的時(shí)間差，再借助其傳播速率即可從二維或三維上定位局部放電源，即通過對(duì)比兩路及以上的檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度大小，就可實(shí)現(xiàn)定位。

2.2 局放類型

超聲波局放檢測(cè)法可用于眾多類型的電氣設(shè)備，比如GIS、開關(guān)柜、電纜終端等[3-5]，但其最廣泛的應(yīng)用還是在診斷GIS的缺陷。根據(jù)引起局放原因的不同，通常，GIS典型缺陷類型可以分為三種：

1）電暈放電缺陷。此缺陷是氣體中電場(chǎng)極不均勻而引發(fā)的獨(dú)有放電現(xiàn)象，多是由于在設(shè)備的內(nèi)部或外殼上存在毛刺而造成。

放電圖譜特征：放電信號(hào)在相位上呈現(xiàn)出很顯見的聚集效應(yīng)，即與其兩端電壓幅值相關(guān)性很強(qiáng)，包括頻率1相關(guān)性（50Hz相關(guān)性）、頻率2相關(guān)性（100Hz相關(guān)性），且前者要大于后者。該局放缺陷在一個(gè)工頻周期內(nèi)有較明顯的極化效應(yīng)，呈現(xiàn)“單峰”形狀。同時(shí)，特征指數(shù)檢測(cè)模式下的放電次數(shù)累積圖譜波峰位于整數(shù)特征值2處。

2）懸浮電位缺陷。懸浮電位放電是指設(shè)備內(nèi)部某一金屬部件與導(dǎo)體（或接地體）失去電位連接，存在一較小間隙，從而產(chǎn)生的接觸不良放電。

放電圖譜特征：和電暈放電類似，它同樣有很明顯的聚集效應(yīng)，其產(chǎn)生與兩端所施加的電壓幅值極具關(guān)聯(lián)性，在一個(gè)工頻周期內(nèi)呈現(xiàn)“雙峰”形狀，然而，不同的是，它的頻率2相關(guān)性大于頻率1相關(guān)性。此外，其放電次數(shù)累積圖譜中波峰處在特征值1位置。

3）自由金屬顆粒缺陷。該類缺陷主因在于金屬碎屑，而這碎屑可能在GIS設(shè)備裝配時(shí)就帶有，也可能是在開關(guān)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生。在電力設(shè)備內(nèi)部強(qiáng)電場(chǎng)作用下，自由金屬顆粒因攜帶有電荷而會(huì)受到電動(dòng)力的作用，一旦電動(dòng)力相比重力占優(yōu)，它就將會(huì)在GIS設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行無規(guī)律性的移動(dòng)或跳動(dòng)。

放電圖譜特征：與前兩者不同，此類局放電流產(chǎn)生的信號(hào)來源于金屬顆粒在運(yùn)動(dòng)時(shí)與GIS設(shè)備外殼的碰撞，而其放電關(guān)聯(lián)很小。由于碰撞時(shí)間極具隨機(jī)性，因此并無明顯的相位特征，即頻率1相關(guān)性、頻率2相關(guān)性較小，不過，其信號(hào)有效值及周期峰值卻往往較大。

2.3 技術(shù)要點(diǎn)

超聲波局放檢測(cè)法的技術(shù)要點(diǎn)在于測(cè)點(diǎn)的選取。宜選取倉(cāng)體下部、開關(guān)觸頭等GIS設(shè)備內(nèi)部構(gòu)架中易出問題的部位；閘刀、開關(guān)、接地開關(guān)等氣室，因有活動(dòng)部件存在，應(yīng)多取點(diǎn)檢測(cè)；測(cè)點(diǎn)之間相距宜小于3m，盆式絕緣子兩兩之間至少應(yīng)取1個(gè)測(cè)點(diǎn)；若想與歷史檢測(cè)結(jié)果比對(duì)，應(yīng)取與前次檢測(cè)相同的測(cè)點(diǎn)；采用水平安裝的盆式絕緣子，測(cè)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)增加，這是因?yàn)轭w粒易殘留在這些部位并產(chǎn)生局放；其他一些值得注意的測(cè)點(diǎn)。

3 應(yīng)用實(shí)例

2015年10月12日，對(duì)某220kV變電站GIS進(jìn)行例行帶電檢測(cè)工作時(shí)，使用Doble公司AIA-2超聲波局放測(cè)量?jī)x對(duì)220kV某閘刀氣室進(jìn)行了局放檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)閘刀C相超聲波信號(hào)異常，且現(xiàn)場(chǎng)可聽到罐體內(nèi)部有異響。

10月14日、20日，檢測(cè)人員再次在疑似放電位置附近進(jìn)行了超聲波多點(diǎn)反復(fù)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該間隔C相存在最強(qiáng)信號(hào)點(diǎn)，信號(hào)峰值接近30mV，遠(yuǎn)大于背景信號(hào)峰值1mV。檢測(cè)所得最大放電信號(hào)如圖1所示。對(duì)其他兩相及母線氣室進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)，其結(jié)果與背景信號(hào)相差不大。

圖1　檢測(cè)所得最大信號(hào)

由上圖看出圖譜存在異常，該放電信號(hào)具有頻率1相關(guān)性和頻率2相關(guān)性，后者要大于前者，且放電信號(hào)幅值較大，初步診斷缺陷類型為懸浮電位放電。

為驗(yàn)證超聲波法的判斷，20日利用上海格魯布PD71特高頻局放檢測(cè)儀對(duì)閘刀氣室進(jìn)行了局放檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)C相異常，其局部放電相位分布圖譜（PRPS）如圖2所示。

圖2　C相PRPS圖譜

由圖看出圖譜存在異常，但特征不是很明顯，于是當(dāng)日15時(shí)15分至 18時(shí)15分進(jìn)行了持續(xù)測(cè)量，積累的脈沖序列相位分布譜圖（PRPD）如圖3所示。

圖3　C相累積PRPD圖譜

由圖3可以看出，檢測(cè)信號(hào)在一個(gè)工頻周期內(nèi)有兩處集中的異常，符合懸浮電位放電的特征。

10月下旬，技術(shù)人員對(duì)缺陷部分進(jìn)行整體更換后，其超聲波信號(hào)接近背景值，異常信號(hào)消失，缺陷消除。對(duì)更換的部分進(jìn)行解體檢修，發(fā)現(xiàn)C相閘刀氣室內(nèi)閘刀撥叉與動(dòng)觸頭接觸不良并有明顯燒傷痕跡。此次利用超聲波局放等帶電檢測(cè)法消除了GIS內(nèi)部的安全隱患，避免了可能引發(fā)的重大事故。

4 結(jié)束語

超聲波局放檢測(cè)法是非電檢測(cè)法，其檢測(cè)頻段對(duì)于外界干擾信號(hào)可以有效地躲開，抗干擾性能較傳統(tǒng)法優(yōu)異，從而能較準(zhǔn)確地判斷出GIS設(shè)備放電類型，保障電力設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行安全。通過應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證了超聲波法在檢測(cè)GIS設(shè)備缺陷的有效性。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：（2015-11-04）