南方電網(wǎng)文山供電局 熊文祥 申國(guó)標(biāo) 張 振 華乘電氣科技股份有限公司 張新堂

在現(xiàn)在電力系統(tǒng)中，GIS（Gas Insulated Switchgear）氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備將變電站中除變壓器以外的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電壓互感器、電流互感器、母線、電纜終端等設(shè)備有機(jī)地組合成一個(gè)整體[1]。GIS具有占地面積小、可靠性高、安全性強(qiáng)、維護(hù)工作量很小等眾多優(yōu)點(diǎn)，但絕緣要求極高。一旦需要解體檢修，大部分情況下均需要協(xié)調(diào)設(shè)備廠家進(jìn)行，所需要的時(shí)間非常長(zhǎng)，若發(fā)生突發(fā)性故障停電則停電時(shí)間就更長(zhǎng)。因此對(duì)GIS故障的早期預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)防就顯得非常重要。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在GIS中的母線、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等電氣元件都是絕緣故障多發(fā)的部位[2]，異常時(shí)的檢修難度和經(jīng)濟(jì)投入相對(duì)較大，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分緊湊，發(fā)生故障時(shí)有很大幾率會(huì)蔓延到其他元件[3]。局部放電檢測(cè)一向是十分有效的絕緣檢測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)能減輕運(yùn)行人員工作強(qiáng)度，同時(shí)也有助于推動(dòng)GIS局放檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

本文基于AE（超聲波）/UHF檢測(cè)原理的局放檢測(cè)手段對(duì)GIS進(jìn)行在線局放檢測(cè)研究，搭建PDS-G5000型局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)GIS設(shè)備的絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)可配置的傳感器主要有接觸式超聲（AE）傳感器、特高頻（UHF）傳感器和噪聲傳感器，檢測(cè)局部放電產(chǎn)生的特高頻、超聲波信號(hào)，并通過(guò)噪聲傳感器配合提高檢測(cè)結(jié)果的可信度。

1 GIS局放AE/UHF在線監(jiān)測(cè)原理

GIS局放在線監(jiān)測(cè)特指在GIS運(yùn)行狀態(tài)下,通過(guò)外置或內(nèi)置的AE/UHF傳感器耦合得到設(shè)備內(nèi)部絕緣劣化而發(fā)出的放電信號(hào)。通常監(jiān)測(cè)系統(tǒng)固定安裝在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期在線運(yùn)行，無(wú)需人為參與，自動(dòng)完成檢測(cè)、存儲(chǔ)、通訊和診斷等功能?；贏E和UHF信號(hào)檢測(cè)的方式都屬于間接型帶電檢測(cè)法，檢測(cè)設(shè)備與一次部分無(wú)直接的電氣連接，也不會(huì)改變GIS整體的結(jié)構(gòu)，適用于帶電運(yùn)行中的GIS設(shè)備的局部放電在線檢測(cè)。

AE（超聲波）檢測(cè)。超聲通常指頻段位于20～300kHz范圍內(nèi)的超聲波通過(guò)接收局放時(shí)聲波微小的間斷壓力信號(hào),判斷局放點(diǎn)位置和局放性質(zhì)[4]。GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，放電信號(hào)會(huì)沿著介質(zhì)向四周傳播，由于超聲信號(hào)在傳播中衰減較大，根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度變化判斷信號(hào)來(lái)源方向和位置。AE傳感器耦合得到的超聲波信號(hào)，需經(jīng)過(guò)前置信號(hào)放大器后再傳輸?shù)胶笈_(tái)診斷系統(tǒng)中進(jìn)行分析和判斷（圖1）。

UHF（特高頻）檢測(cè)。如圖2UHF檢測(cè)原理中，當(dāng)GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，SF6氣體的擊穿導(dǎo)致導(dǎo)體中流過(guò)一個(gè)短時(shí)（ns級(jí)）的電流。電流流過(guò)GIS的特征阻抗在導(dǎo)體上產(chǎn)生一個(gè)脈沖電壓，從局放源傳播開(kāi)來(lái)。局放信號(hào)的上升時(shí)間很短（<1ns）、頻帶很寬（>1GHz），傳播過(guò)程中引起電諧振激發(fā)電磁波。UHF檢測(cè)法能感應(yīng)頻率為300MHz～1.5GHz的電磁波信號(hào)[5]。

PDS-G5000系統(tǒng)中所使用的UHF特高頻傳感器包括內(nèi)置式和外置式兩種。外置式特高頻傳感器采用全貼合設(shè)計(jì)，保證傳感器能夠完美貼合GIS絕緣盆子表面，最大限度減少外部信號(hào)的干擾，保證監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性與靈敏度。內(nèi)置式特高頻傳感器采用內(nèi)置式安裝設(shè)計(jì)，并且需在GIS生產(chǎn)廠制造時(shí)安裝，其尺寸、結(jié)構(gòu)與被監(jiān)測(cè)GIS設(shè)備相匹配，采用與被監(jiān)測(cè)GIS設(shè)備相同的密封工藝和材料，使用壽命不少于GIS設(shè)備壽命，并與GIS本體一起進(jìn)行出廠試驗(yàn)。

噪聲傳感器檢測(cè)。噪聲傳感器監(jiān)測(cè)原理同特高頻傳感器監(jiān)測(cè)原理一致，PDS-G5000系統(tǒng)中所使用的噪聲傳感器安裝在GIS監(jiān)測(cè)設(shè)備附近殼體上，主要用于配合特高頻傳感器與系統(tǒng)監(jiān)測(cè)軟件最大限度減少外部環(huán)境信號(hào)干擾，保證監(jiān)測(cè)信號(hào)的準(zhǔn)確性和靈敏度。

2 系統(tǒng)采集處理單元及后臺(tái)監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)

局放監(jiān)測(cè)單元安裝在現(xiàn)場(chǎng)GIS設(shè)備附近就地柜內(nèi)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)初步采集處理和分析，形成設(shè)備初步單項(xiàng)評(píng)價(jià)，并將信號(hào)通過(guò)光纖傳輸至上級(jí)后臺(tái)處理單元和主站。PDS-G5000軟件是與GIS局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備配套的軟件，安裝在服務(wù)器上用以采集、傳輸、處理、查詢和分析數(shù)據(jù)信號(hào)，為判斷GIS絕緣狀態(tài)提供依據(jù)。軟件可以實(shí)時(shí)展示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的局放數(shù)據(jù)，并提供PRPD/PRPS圖以及趨勢(shì)圖譜等；軟件內(nèi)置專(zhuān)家診斷系統(tǒng)，可以輔助用戶進(jìn)行局放診斷。軟件同時(shí)能夠根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)給出預(yù)警與報(bào)警信號(hào)，實(shí)時(shí)提醒用戶設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

3 應(yīng)用案例

廣西220kV某站220kVGIS設(shè)備于2017年03月安裝了華乘科技公司的PDS-G5000局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行不間斷的局放在線監(jiān)測(cè)，GIS設(shè)備廠家為西門(mén)子高壓開(kāi)關(guān)有限公司。2017年04月05日18：14，220kVGIS場(chǎng)地220kV2053線路間隔的M9編號(hào)特高頻傳感器（安裝位置為220kV2053線路間隔20532刀閘B相）首次監(jiān)測(cè)到幅值較大的浮動(dòng)電極局放信號(hào)；2017年04月07日開(kāi)始信號(hào)發(fā)展趨勢(shì)相當(dāng)快速，局放的脈沖數(shù)快速增加，嚴(yán)重程度快速加劇。

測(cè)試數(shù)據(jù)分析及故障位置。系統(tǒng)4月5日首次監(jiān)測(cè)到異常信號(hào)，到4月19日異常信號(hào)持續(xù)存在且信號(hào)呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，放電密度增大，專(zhuān)家系統(tǒng)判斷為浮動(dòng)電極放電概率為100%。經(jīng)過(guò)PDS-G5000局放在線監(jiān)測(cè)專(zhuān)家系統(tǒng)分析和判斷定位，在220kVGIS2053線路間隔B相CT1位置的GIS內(nèi)部存在一個(gè)幅值相當(dāng)大的浮動(dòng)電極放電信號(hào)。如圖4紅色標(biāo)記所示。

解體情況。2017年09月13日，對(duì)該站220kV 2053線路間隔B相的CT1位置進(jìn)行了解體、檢修，在解體后發(fā)現(xiàn)CT1上方的殼體與屏蔽罩存在非常嚴(yán)重的電蝕痕跡，解體情況與PDS-G5000局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量、分析判斷局放類(lèi)型一致，局放缺陷位置與定位位置一致。

綜上，本文搭建的基于AE及UHF檢測(cè)方法PDS- G5000型GIS局部放電在線系統(tǒng)可有效監(jiān)測(cè)GIS內(nèi)部絕緣缺陷，將傳統(tǒng)“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”，達(dá)到提高設(shè)備利用率和設(shè)備可靠運(yùn)行目的。