GIS局部放电测试案例分析 / 四六文摘

摘要

云南电网有限责任公司红河供电局的研究人员黎慧明、张志磊，在2018年第11期《电气技术》杂志上撰文，结合一起案例介绍GIS局部放电特高频和超声波的检测方法，并对保证GIS设备的运安全运行提出建议。

GIS设备一直以来都以结构紧凑、可靠性高等优点而在电力系统得到广泛应用。传统的观念认为GIS是免维护设备，但是近几年国内外均出现多起GIS设备故障，由于其特殊的结构，造成长时间、大范围的停电。

据国际大电网会议统计GIS设备60%的故障由内部局部放电引起，因此应加强对GIS设备进行局部放电检测。目前GIS局部放电带电检测常用的手段主要是特高频法和超声波法并且一般是两者结合使用，可有效实现GIS内部的局部放电的类型定性及故障定位。

1 特高频和超声波局部放电检测概述

当设备发生局部放电时，将产生很陡的脉冲电流，在空间感应出频率在300MHz到3000MHz的特高频电磁波，而且由于放电过程中能量的突然释放，会使附近的气体和外壳造成冲击的震动，发出超声波信号，因此通过检测GIS设备内部的特高频电磁波和超声波信号，并进行比对分析便可确定是否存在局部放电现象。

2 案例分析

2017年5月12日在对某110kV变电站进行GIS设备局部放电巡检时，发现110kV母线分段间隔1121隔离开关下方的母线气室检测到放电信号，设备外观和气隔图如图1所示，图中圆圈标识部位即1121隔离开关母线气室。经对特高频和超声波信号分析，并采用时差法定位分析，判断放电的类型是GIS内部存在较大的悬浮放电，放电位置处于母线1121隔离开关气室内。

图1 110kV母线分段间隔气室图

2.1 超声波测试

对1121隔离开关气室下方的110kV Ⅰ段母线气室进行超声波测试，所测得的超声波谱图检测结果如图2所示。

图2 超声波谱图检测结果

从图2中可以看出：连续测量方式中，有效值为17.5mV，峰值为41.7mV，峰值因数（峰值与有效值之比）为2.6，有效值和峰值均较大且均较为稳定，具有明显的50Hz相关性和100Hz相关性，且100Hz相关性大于50Hz相关性；相位测量方式中，具有明显的相位相关性，在一个工频周期内有两簇较为集中的放电集聚点，与典型的悬浮放电谱图相吻合。

从超声波谱图检测的结果来看，1121隔离开关气室下方的110kV Ⅰ段母线气室内可能存在悬浮电位体放电，并且放电量较大。造成这种现象的原因可能是由于在高电压的作用下某处因松动、开路等原因产生振动信号。

2.2 特高频检测

使用特高频传感器、特高频放大器和示波器，在1121隔离开关气室下方的110kV Ⅰ段母线气室各盆式绝缘子开孔处均能够接收到明显的特高频信号。并且在1121隔离开关气室下方的110kV Ⅰ段母线气室附近的信号幅值最大，其特高频谱图检测结果如图3所示。

图3 特高频谱图检测结果

从图3中可以看出：①单周期检测方式中，信号幅值较大，形成两簇集中的较高幅值的放电脉冲，局部放电类型为悬浮放电或者可能是绝缘子内的气隙放电；②PRPD检测方式中，最大幅值和最大放电率均较大，且集中分布在工频周期90°和270°附近，具有明显的相位相关性。

且局部放电信号在1121隔离开关A相气室下方的110kV气室内的局部放电信号最大，当将特高频传感器移至开关室其余位置时，特高频信号有极大的衰减，因此可以判断特高频信号来自于气室内部，同时结合谱图可以判断局部放电类型为悬浮放电或者绝缘子内部的气隙放电。

综合分析超声波和特高频检测结果可知，1121隔离开关110kV Ⅰ段母线气室均测到明显局部放电现象，放电位置接近1121隔离开关下方母线气室，并且放电类型为悬浮放电的可能性最大。

2.3 局部放电定位

为了明确局部放电发生的具体位置，使用特高频传感器、超声波传感器、和示波器，对1121隔离开关气室下方的110kV Ⅰ段母线气室附近的局部放电进行了特高频及超声波定位，传感器布置图如图4所示。

图4 传感器布置图

1号超声波传感器和2号超声波传感器检测到的超声波信号如图5所示。

图5 1号、2号超声波传感器检测到的信号

从图5中可以看出，2号超声波传感器检测到的超声波信号幅值大于1号超声波传感器检测到的超声波信号，且2号超声波传感器检测到的超声波信号时间超前于1号超声波传感器检测到的超声波信号，故大致可以判定，局部放电源靠近2号超声波传感器所在的位置。

1号特高频传感器和2号特高频传感器检测到的特高频信号如图6所示。

图6 1号、2号特高频传感器检测到的信号

2号特高频传感器和3号特高频传感器检测到的特高频信号如图7所示。

图7 2号、3号特高频传感器检测到的信号

从图6、图7中可以看出，2号特高频传感器检测到的信号幅值大于1号特高频传感器和3号特高频传感器检测到的信号，且2号特高频传感器检测到的信号时间超前于1号超高频传感器和3号超高频传感器检测到的信号，故大致可以判定，局部放电源靠近2号超特频传感器所在的位置。

为了进行精确定位，使用特高频时差定位方法进行计算。时差定位原理如图8所示，计算公式如式（1）所示。

图8 时差定位原理图

局部放电源距离2号特高频传感器0.1m。放电部位位于1121隔离开关A相气室下方的110kV Ⅰ段母线气室，距离2号超高频传感器0.1m，正好位于1121隔离开关A相气室正下方的110kV Ⅰ段母线气室。

2.4 现场解体检查

对1121隔离开关母线气室进行解体，解体后发现A相母线支柱绝缘子靠罐体处已经完全断裂，同时A相中心导体端面与其他两相不在同一平面，A相中心导体顶丝扭曲变形，现场解体情况如图9所示。

通过对现场解体情况进行分析，发生局部放电的原因为安装工艺问题，由于A相中心导体安装时与B、C相中心导体不在同一平面，致使A相中心导体顶丝在运行过程中长期受力而发生变形扭曲，使得支柱绝缘子长期承受较大的横向拉力而折断，并因此而形成一个悬浮电极而发生放电。

（a）断裂支柱绝缘子

（b）三相中心导体端面不平齐

（c）顶丝顶部扭曲

图9 现场解体情况