基于特高頻法的500 kV GIS帶電檢測

葛志成，田世杰，范繼偉，黃 濤，董洪達，張賽鵬

(1．國網吉林省電力有限公司電力科學研究院，長春 130012;2．國網吉林省電力有限公司，長春 130012;3．大唐東北電力試驗研究院有限公司，長春 130012)

氣體絕緣組合電器(GIS)因其具有結構緊湊、占地少、等優點，逐漸開始取代傳統的高壓電裝置。GIS在生產過程中工藝不良或安裝過程人為疏忽都會導致存在一定的缺陷，在高電壓下會引起局部放電(以下簡稱局放)等故障。特高頻(UHF)檢測法具有檢測靈敏度高、現場抗干擾能力強、可實現局放在線定位等優勢，被廣泛用于診斷局放產生的各類缺陷。GIS局放常伴有發聲、發光、機械波、電脈沖、SF6氣體化學變化等現象［1］。針對局放產生的聲、光、電、化學效應，可采用聲學、光學、電學、化學等方法來檢測。本文主要介紹用特高頻法帶電檢測GIS設備。

1 局放檢測特高頻法基本原理及應用

局放檢測特高頻法基本原理:通過特高頻傳感器對局放時產生的300 MHz≤f≤3 GHz特高頻電磁信號(f為電磁信號頻率)進行檢測。根據現場設備情況的不同，可以采用內置式傳感器和外置式傳感器［2］。

正常運行的GIS內充有高壓SF6氣體，其絕緣強度和擊穿場強都很高。當局放在很小范圍內發生時，氣體擊穿過程很快，將產生持續時間為納秒級的脈沖電流，同時向四周輻射出0．3～3 GHz的電磁波［3］，應用此電磁信號進行局放檢測。

2 實例分析

2．1 帶電檢測設備局放情況

某500 kV變電站特高頻局放帶電檢測，采用PDS-T90對5012間隔C相1號母線側盆式絕緣子、2號母線側盆式絕緣子、50122隔離開關氣室上部盆式絕緣子檢測，查出特高頻局放信號。

特高頻信號異常間隔實物圖見圖1，其中測點①為1號母線側盆式絕緣子;測點②為2號母線側盆式絕緣子;測點③為50122隔離開關氣室上部盆式絕緣子。背景噪聲及1號盆式絕緣子、2號盆式絕緣子、3號盆式絕緣子處測得的特高頻信號見圖2至圖5。

從圖2可以看出，背景噪聲信號主要為白噪聲，幅值及相位分布較為均勻;而從圖3到圖5可以看出:各盆式絕緣子處信號具有明顯的相位分布特征，即正負半周各有一簇幅值較大的信號，符合局放信號特征，其中:PAPS為脈沖序列相位分布譜圖，PRPD為局放相位分布譜圖。

檢測發現，越靠近3號盆式絕緣子，信號幅值越大。局放信號在工頻相位正負半周均出現，且具有一定對稱性，放電次數較少，相位模式圖譜未有較為連續的包絡線，疑似為空穴或沿面放電。

圖1 某500 kV變電站間隔測點示意

圖2 背景噪聲

圖3 測點1的信號

2．2 缺陷的定位

采用特高頻信號時差法對缺陷部位進行定位，通過改變傳感器的檢測位置逐漸縮小定位范圍。

現場傳感器放置位置(中線、上線、下線分別代表一個傳感器)及局放信號波形見圖6，中線傳感器放置在套管下方盆式絕緣子上，上線傳感器放置在斷路器氣室左側盆式絕緣子上，下線傳感器放置在斷路器右側盆式絕緣子上。

圖4 測點2的信號

圖5 測點3的信號

由局放信號波形可知，信號最先到達中線傳感器，其次為上線傳感器，最后為下線傳感器，中線傳感器信號上升沿超上線傳感器約3．5 ns(電磁波可傳播約1．05 m)，中線、上線兩傳感器間實際距離為1．7 m，計算可知信號源位于中線和上線傳感器之間，且在中線傳感器下方約0．33 m。

圖6 定位檢測傳感器位置及局放信號波形

2．3 缺陷氣室解體

打開缺陷氣室，該支撐絕緣子在澆鑄時低壓側內嵌12根金屬螺桿，以便絕緣子與外殼金屬法蘭連接，金屬螺桿端部為半球形，在絕緣件斷裂面，對應金屬螺桿端部有12個半球形凹槽，現場可見每個凹槽內均有放電痕跡，見圖7。部分凹槽放電較為嚴重，環氧樹脂材料被燒焦。解體后的缺陷為隔離開關靜觸頭支撐絕緣子內部螺栓端部空穴放電，與帶電檢測結果基本一致。

2．4 缺陷分析

分析認為，支撐絕緣子螺栓端部凹槽放電的原因為端部存在空穴，根據電磁場理論，均勻電場中不同電介質的電場強度分布滿足以下條件:

式中:ε1、ε2為兩種電介質的介電常數;E1、E2為兩種電介質中的電場強度。

圖7 凹槽內放電痕跡

當支撐絕緣子中存在空穴時，由于空氣(空穴)的介電常數要小于環氧樹脂(支撐絕緣子)，因此空氣中的電場強度要高于環氧樹脂，而空氣的擊穿場強卻遠小于環氧樹脂，因此空穴極易發生擊穿，從而產生局放?？昭ㄖ械姆烹姇铀俳^緣子的老化開裂，造成絕緣子機械強度降低，最終導致絕緣子的斷裂?？昭ǖ男纬膳c絕緣子斷裂互為因果關系，絕緣子內部裂紋會導致空穴形成，空穴中放電的老化效應又會加速絕緣子開裂。

3 結論

特高頻法有利于絕緣缺陷的類型識別。不同類型絕緣缺陷局放產生的特高頻信號具有不同的頻譜特征。特高頻法可以快速精確地判定空穴放電缺陷位置，為制定GIS設備的維修計劃、提高檢修工作效率提供了有力的支持。