特高频与超声波局放检测技术

2015年3月济南GIS特高频与超声波局部放电检测技术本文档共137页；当前第1页；编辑于星期日\19点4分主要内容GIS局部放电检测概述超声波局放检测技术特高频局放检测技术本文档共137页；当前第2页；编辑于星期日\19点4分一、GIS局部放电检测概述

本文档共137页；当前第3页；编辑于星期日\19点4分主要内容GIS局部放电检测的意义1局部放电的基本概念2GIS设备局部放电的起因3GIS局部放电检测方法4本文档共137页；当前第4页；编辑于星期日\19点4分开展GIS局部放电检测的意义随着电网建设的发展，GIS变电站的数量不断增加；GIS的内部空间极为有限，工作场强很高，且绝缘裕度相对较小；GIS内部一旦出现绝缘缺陷，极易造成设备故障，引起的停电时间较长，检修费用也很高；国内已经发生了数起较为严重的GIS事故，过去那种认为GIS设备免维护的观点已不被认同；CIGRE调查表明，50％以上的GIS故障是可预先发现的；在GIS的交接试验中监视局部放电信号，对运行中的GIS进行定期监测，均是保障安全运行的有效手段。本文档共137页；当前第5页；编辑于星期日\19点4分局部放电的基本概念电力设备的绝缘系统中，只有部分区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，即尚未击穿，这种现象称之为局部放电。它是由于局部电场畸变、局部场强集中，从而导致绝缘介质局部范围内的气体放电或击穿所造成的。它可能发生在导体边上，也可能发生在绝缘体的表面或内部。在绝缘体中的局部放电甚至会腐蚀绝缘材料，并最后导致绝缘击穿。局部放电是一种脉冲放电，它会在电力设备内部和周围空间产生一系列的光、声、电气和机械的振动等物理现象和化学变化。这些伴随局部放电而产生的各种物理和化学变化可以为监测电力设备内部绝缘状态提供检测信号。本文档共137页；当前第6页；编辑于星期日\19点4分GIS设备局部放电的起因1-导体上的毛刺；3-悬浮屏蔽(接触不良)；5-盆式绝缘子上的颗粒2-壳体上的毛刺4-自由移动的金属颗粒6-盆式绝缘子内部缺陷本文档共137页；当前第7页；编辑于星期日\19点4分悬浮放电分类：固定间隙悬浮放电可变间隙悬浮放电特点：1、信号强，脉冲幅值稳定，脉冲间隔稳定，高频含量多2、间隙对称时，正负半波对称，间隙不对称，正负半波不对称3、放电脉冲主要集中在一、三象限悬浮放电模型图本文档共137页；当前第8页；编辑于星期日\19点4分自由金属颗粒放电特点：1、碰撞外壳产生的机械信号强，电信号较弱2、无固定相位特征，幅值不稳定3、通常电信号最大信号出现在电压峰值处自由金属颗粒模型图本文档共137页；当前第9页；编辑于星期日\19点4分绝缘内部气隙放电特点：1、脉冲幅值相对较小，幅值变化大，高频含量少，间隔变化大2、不规则气泡正负半波不对称3、放电脉冲主要集中在一、三象限气隙放电模型图本文档共137页；当前第10页；编辑于星期日\19点4分尖端放电特点：1、放电脉冲次数多，信号最大值通常在电压峰值处2、正负半波严重不对称3、高频含量少金属尖端放电模型图分类：导体上的尖端壳体上的尖端本文档共137页；当前第11页；编辑于星期日\19点4分GIS绝缘击穿的主要表现形式GIS投运初期：绝缘击穿大多是由金属颗粒、悬浮导体、表面毛刺或颗粒等缺陷造成的。通过完善交接验收可起到预防作用；GIS运行中期：绝缘击穿大多是绝缘子表面的缺陷（例如污秽、表面电荷积聚、附着金属微粒）引起的，特别是在暂态过电压作用时。通过定期巡检可发现这些隐患本文档共137页；当前第12页；编辑于星期日\19点4分GIS局部放电检测技术传统脉冲电流检测法：无法解决抗干扰问题，很难达到必要的检测灵敏度，通常用于试验室；特高频检测法：检测特高频电磁波信号，检测范围较大，不受空气中电晕干扰影响，对各种缺陷均敏感，检测灵敏度可达几个pC；超声波检测法：检测超声波信号，抗电气干扰，对自由颗粒缺陷和金属件的振动较为敏感，在靠近缺陷部位时，检测灵敏度可达到几个pC，定位准确；气体分析法：分解物从产生到扩散，需要一定的过程，且只有浓度积累到一定水平后方可被检测到，故响应速度较慢，检测灵敏度较低。本文档共137页；当前第13页；编辑于星期日\19点4分特高频(UHF)及超声波(AE)法的比较特高频UHF超声波AE检测信号特高频电磁波信号超声波信号抗干扰对电晕放电较不敏感易受悬浮放电影响对电气干扰较不敏感易受振动噪声影响灵敏度对各种放电缺陷均较敏感，但不能发现弹垫松动、粉尘飞舞等非放电性缺陷仅对部分放电缺陷敏感，能发现弹垫松动、粉尘飞舞等非放电性缺陷检测范围>10米<1米定位功能不具备（实现困难）具备（实现简单）缺陷定量与pC值没有直接关系与pC值没有直接关系本文档共137页；当前第14页；编辑于星期日\19点4分二、超声波局部放电检测技术本文档共137页；当前第15页；编辑于星期日\19点4分主要内容超声波局部放电检测的原理1超声波局部放电检测仪器2超声波局部放电检测方法及注意事项3超声波局部放电图谱的分析及诊断4超声波局部放电典型案例分析5本文档共137页；当前第16页；编辑于星期日\19点4分局部放电，伴随有爆裂状的声发射，产生超声波，且很快向四周介质传播。通过安装在电力设备外壁上的超声波传感器，将超声波信号转换为电信号，就能对设备的局部放电水平进行测量。一、超声波局部放电检测的原理本文档共137页；当前第17页；编辑于星期日\19点4分声信号传输特点当GIS中的缺陷在电压作用下发生局部放电时，局放产生的能量是周围SF6气体的温度骤然升高，从而形成局部过热，所产生的扰动以压力波的形式传播，其类型包括纵波、横波和表面波。不同的电气设备、环境条件和绝缘状况产生的声波频谱都不相同。GIS中沿SF6气体传播的只有纵波，这种超声纵波以球面波的形式向周围传播。由于超声波的波长较短、方向性将强，所以它的能量也较为集中，因而可以通过设置在外壁的压敏传感器收集超声放电信号并对信号进行分析。本文档共137页；当前第18页；编辑于星期日\19点4分1、超声波信号在SF6中衰减大，26dB/m(空气或油中20倍)且与频率的平方成正比，检测范围小；2、超声波在SF6中传播速度很慢，约140m/s(约为空气1/2，油中1/10)；3、对固体绝缘内部缺陷十分不灵敏；4、定位简单，仅仅依靠幅值法即可简单定位；5、分为接触式和非接触式，接触式适合检测GIS、电缆终端，非接触式超声检测设备，须带有集波器，和激光定位装置，适合检测开关柜，以及瓷瓶表面裂纹本文档共137页；当前第19页；编辑于星期日\19点4分二、超声波局部放电检测仪器超声波局放检测仪基本要求典型仪器的组成超声波局部放电常用谱图本文档共137页；当前第20页；编辑于星期日\19点4分传感器灵敏度范围：20kHz～100kHz；

测试仪应使用方便，测量快速，对GIS的绝大多数缺陷具有较高的灵敏度；带有同步装置，能与变频试验设备连接，以实际电源周期为参考相位；检测信号应包括信号幅值、相位特性，具有连续模式、脉冲模式及相位模式等谱图；可以进行缺陷种类识别。

可利用脉冲模式进行颗粒危险性评估。配置测试线长度不应小于3米（通常要带前置放大器），以满足高处检测的要求抗干扰：在户外GIS应用中，电晕无影响1、超声波局放检测仪基本要求本文档共137页；当前第21页；编辑于星期日\19点4分1、超声波局放检测仪基本要求使用前置放大器时接线示意图本文档共137页；当前第22页；编辑于星期日\19点4分声发射传感器：将局部放电激发的超声波信号转换成电信号局放检测仪主机：用于局部放电电信号的采集、分析、诊断及显示。前置放大器：当被测设备与检测仪之间距离较远（大于3m）时，为防止信号衰减，需在靠近传感器的位置安装前置放大器。特制绝缘棒：检测部位比较危险时，如电缆终端，可以使用特制绝缘棒作为声传到介质，进行检测。2、典型仪器的组成本文档共137页；当前第23页；编辑于星期日\19点4分2、典型仪器的组成本文档共137页；当前第24页；编辑于星期日\19点4分1）时域波形谱图（原始谱图）：时域波形检测模式用于对被测信号的原始波形进行诊断分析，以便直观的观察被测信号是否存在异常。时域波形检测模式典型谱图3、超声波局部放电检测常用谱图本文档共137页；当前第25页；编辑于星期日\19点4分2）连续模式谱图：

共有4个柱状图，分别为信号的有效值、峰值、50Hz的相位相关性，100Hz的相位相关性。因为局放都是与电源的相位相关的，根据局放在不同的相位放电特性，能

判断出放电的性质，如自由颗粒、毛刺、悬浮电位等

连续检测模式典型谱图本文档共137页；当前第26页；编辑于星期日\19点4分3）相位检测模式（PRPD谱图），需要进行相位同步相位检测模式典型谱图本文档共137页；当前第27页；编辑于星期日\19点4分同步信号的接取局部放电检测许多谱图，如PRPS、PRPD等谱图都需要进行相位同步，因此使用这些模式时，需要接取同步信号

。同步方法有：1、内同步法：适用于对现场运行设备带电检测，使用现场的检修电源，利用现场检修电源相位仪器内部同步2、外同步法：适用于现场电源与运行电压之间相位偏差大、无法通过相位确定放电类型时，或现场采用异频电源进行交流耐压试验时。运行条件下可通过PT二次回路接取，交流耐压时可通过变频电源柜接取本文档共137页；当前第28页；编辑于星期日\19点4分4）脉冲检测模式（飞行模式）脉冲检测模式典型谱图本文档共137页；当前第29页；编辑于星期日\19点4分4）脉冲检测模式（飞行模式）脉冲检测模式评估颗粒危害本文档共137页；当前第30页；编辑于星期日\19点4分5)特征指数检测模式：特征图谱表征超声波信号发生的时间间隔,其横坐标为时间间隔，纵坐标为信号发生次数。如果超声波信号发生的间隔在10ms（如悬浮缺陷）,那么在整数1的位置出现波峰；如果超声波信号发生的间隔在20ms（如电晕缺陷），那么在整数2的位置出现波峰。特征指数检测模式典型谱图本文档共137页；当前第31页；编辑于星期日\19点4分三、超声波局部放电检测方法及注意事项检测条件要求检测周期安全注意事项检测接线传感器放置部位部位及要求操作流程常见注意事项本文档共137页；当前第32页；编辑于星期日\19点4分1、检测条件要求在GIS设备上无各种外部作业。额定电压、额定SF6气体压力。金属外壳应清洁、无覆冰等。进行室外检测避免雨、雪等天气条件对GIS设备外壳表面噪声干扰的影响。进行室内检测时避免室内强干扰源、大型设备振动。本文档共137页；当前第33页；编辑于星期日\19点4分2、检测周期新设备投运前：在耐压试验通过后，在1.2Ur/电压下，进行一次超声局部放电检测（同时进行1.0Ur/电压下数据检测，作为运行数据比对）。新投运（或大修）后设备：应在投运后1个月内、投运后1年各进行一次超声局部放电检测。运行中设备：半年至一年检测一次。本文档共137页；当前第34页；编辑于星期日\19点4分3、安全注意事项为确保安全生产，特别是确保人身安全，除严格执行电力相关安全标准和安全规定之外,还应注意以下几点:检测时应勿碰勿动其它带电设备；防止传感器坠落到GIS管道上，避免发生事故；保证待测设备绝缘良好，以防止低压触电；在狭小空间中使用传感器时，应尽量避免身体触碰GIS管道；行走中注意脚下，避免踩踏设备管道；在进行检测时，要防止误碰误动GIS其它部件；在使用传感器进行检测时，应戴绝缘手套，避免手部直接接触传感器金属部件。本文档共137页；当前第35页；编辑于星期日\19点4分在开展局部放电超声波检测的过程中，应按照所使用的仪器操作说明，连接好仪器主机、传感器等各部件。当传感器与检测仪器之间的距离较远（大于3米）时，还应接入前置放大器。需要使用外接电源供电时，主机必须接地。

局部放电超声波检测仪器接线4、检测接线本文档共137页；当前第36页；编辑于星期日\19点4分GIS超声波局放测试点选择主要有：盆式绝缘子两侧。特别是水平布置的盆式绝缘子。测量点选择在隔室侧下方，如存在异常信号，则应在该隔室进行多点检测，查找信号最大点。在断路器断口处、隔离刀闸、接地刀闸、电流互感器、电压互感器、避雷器、导体连接部件等处均应设置测试点。5、传感器放置部位及要求本文档共137页；当前第37页；编辑于星期日\19点4分

局部放电超声波检测位置示意图本文档共137页；当前第38页；编辑于星期日\19点4分传感器固定方式：1、手持法：适合巡检时使用，测试快速，有轻微抖动，需要掌握一定技巧2、绑扎法：使用绑扎带将传感器固定到GIS壳体上，适合精确检测及长时间检测3、用磁吸做固定：因GIS罐体多数为铝合金材料，使用条件极为有限。本文档共137页；当前第39页；编辑于星期日\19点4分

绑扎带固定超声波探头示意图本文档共137页；当前第40页；编辑于星期日\19点4分放置传感器前，还要在传感器表面均匀涂抹一层耦合剂，耦合剂作用两个：1、消除传感器与GIS壳体之间的气隙，减少信号衰减；2、减少手持传感器带来的轻微机械抖动噪声本文档共137页；当前第41页；编辑于星期日\19点4分a）测试背景噪声，背景噪声应满足测试环境要求。b）传感器与测点部位间无气隙地均匀涂抹专用耦合剂，测量时保持静止状态。c）将传感器经耦合剂贴附在设备外壳上，设置仪器为连续检测模式，观察信号有效值（RMS）、周期峰值、频率成分1、频率成分2的大小，并与背景信号比较，看是否有明显变化。2、超声波局部放电检测流程本文档共137页；当前第42页；编辑于星期日\19点4分d）当连续模式检测到异常信号时，应开展局部放电诊断与分析，首先通过挪动传感器位置，寻找信号最大值，查明可能的放电位置。然后通过应用相位检测模式、时域波形检测模式及脉冲检测模式判断放电类型；e）数据记录；通过仪器的谱图保存功能，保存检测谱图，包括连续模式谱图、相位模式谱图、时域波形谱图（如有）、脉冲模式谱图（如有）。本文档共137页；当前第43页；编辑于星期日\19点4分不同种类缺陷的可测量特征有效判据典型缺陷谱图分析与诊断四、超声波局部放电检测图谱的分析与诊断本文档共137页；当前第44页；编辑于星期日\19点4分1、不同种类缺陷的可测量特征自由颗粒缺陷电晕放电缺陷悬浮屏蔽缺陷信号水平高低高峰值/有效值高低高50Hz频率相关性无有有100Hz频率相关性无无有飞行时间有无无相位关系无有有本文档共137页；当前第45页；编辑于星期日\19点4分2、有效判据自由颗粒产生的信号峰值、有效值比局放更高。自由颗粒的信号峰值具有周期性，但与50Hz频率无关。电晕放电信号具有很强的50Hz频率相关性。悬浮电位产生的局放，放电水平高，主要与100Hz频率相关，与50Hz频率相关性小。本文档共137页；当前第46页；编辑于星期日\19点4分尖端放电典型谱图3、典型缺陷谱图分析与诊断本文档共137页；当前第47页；编辑于星期日\19点4分

自由颗粒典型谱图本文档共137页；当前第48页；编辑于星期日\19点4分悬浮放电典型谱图本文档共137页；当前第49页；编辑于星期日\19点4分机械振动典型谱图本文档共137页；当前第50页；编辑于星期日\19点4分如何区分壳体上的尖端与导体上的尖端？1.相位法：导体上的尖端一般在负半波先出现，放电次数多但幅值低，电压高时正半波也出现，但放电次数少，幅值高；壳体上的尖端与此相位正好差180°2.四周区域观察信号变化幅度法：导体上的尖端检测范围大，并且在一定区域内信号变化小；壳体上的尖端只在一个较小区域内检测，信号变化梯度大3.改变检测带宽法：将检测带宽从10~100kHz改为10~50kHz，观察信号变化幅度，导体变化小，壳体变化大本文档共137页；当前第51页；编辑于星期日\19点4分1.超声波局放检测126kVGIS设备内部碎屑2.超声波局放检测500kV断路器内部杂质四、超声波局部放电检测典型案例分析本文档共137页；当前第52页；编辑于星期日\19点4分

在对某变电站126kVGIS设备进行交流耐压及超声波局部放电检测时，发现Ⅰ段母线C相第14#检测点局部放电检测数据偏大，14#检测点位置如图所示。14#测点位置示意图1、超声波局放检测126kVGIS设备内部碎屑——案例经过本文档共137页；当前第53页；编辑于星期日\19点4分1、超声波局放检测126kVGIS设备内部碎屑——案例经过在对14#测点气室进行局部放电检测的过程中，A点有效值为15.0mV，峰值为60.0mV，用橡胶锤对壳体敲击后，A点有效值和峰值有明显增长现象（有效值为20.0mV，峰值为106.0mV），同时B点敲击后有效值和峰值也有明显增长现象，检测数据如表所示。本文档共137页；当前第54页；编辑于星期日\19点4分

对罐体敲击后图4-2中的“B点”信号明显增大，表明罐体内底部也存在声源。由于信号最大点附近无绝缘支撑件，且距盆式绝缘子较远（约有80cm），分析认为罐体壁上存在颗粒杂质或尖端毛刺。检测数据1、超声波局放检测126kVGIS设备内部碎屑——检测分析方法本文档共137页；当前第55页；编辑于星期日\19点4分

随后对气室进行了解体检查，发现紧靠14#测点的手孔盖内有杂质堆积，同时罐体内底部也存在杂质，如图(a)和图（b)所示。(a)解体后手孔内积有杂质(b)解体后罐体内底部积有杂质

经现场分析：手孔盖和罐体内堆积碎屑为吸附剂壳体表面加热后脱落的氧化物。随即对吸附剂壳体表面和此段气室罐体内部进行清理，处理完毕后再次进行局部放电检测，检测数据正常。1、超声波局放检测126kVGIS设备内部碎屑——检测分析方法本文档共137页；当前第56页；编辑于星期日\19点4分1）GIS设备超声波局部放电检测对发现GIS设备内部自由颗粒缺陷具有较高灵敏度。该缺陷是在交流耐压通过，进行超声波局部放电检测时发现的，因此对新建的GIS设备建议在做交流耐压试验时配合超声波局部放电检测，可有效发现GIS设备内部缺陷。2）根据现场解体情况，此次发现的缺陷是由于固定吸附剂壳体干燥过热所产生的氧化物碎屑引起的。针对该问题建议设备制造厂家应针对不同材质的零部件，采取不同的烘干工艺，应严格按照气室水份处理工艺要求，控制加热温度和时间。建议吸附剂在安装前的活化工序应只对吸附剂进行活化加热，对盛装吸附剂的壳体不宜在高温下加热。应尽量缩短吸附剂取出直至安装完毕之间的时间，一般不超过15min。吸附剂安装结束后应在30min内抽真空。1、超声波局放检测126kVGIS设备内部碎屑——经验体会本文档共137页；当前第57页；编辑于星期日\19点4分2009年3月18日至21日，某电科院对500kV断路器进行投运前交流耐压试验及在线局部放电试验。耐压试验合格，局部放电试验数据异常，经开罐检查发现罐式断路器内部存在杂质。断路器型号：LW13A-550/Y罐式、额定电流4000A、开断电流63kA、厂家为西安西开高压电气股份有限公司。2、超声波局放检测500kV断路器内部杂质——案例经过本文档共137页；当前第58页；编辑于星期日\19点4分采用挪威AIA-1超声波检测仪进行测试，由人工手持探测传感器对断路器进行多点检测，并记录测试数据。

测试之前，先进行背景噪声测量（手持探头在罐体附近的空中测量）。检测中局放仪器使用交流220V电源，仪器参数都使用默认值。

本次测试背景噪声的有效值/峰值为0.27/1.03mV。

电压升至349kV后，将传感器放置在待测点上，传感器在使用之前应均匀涂抹专用硅胶，测量之时保持静止状态。观察连续模式图谱，与背景噪声图谱比较，如信号增长明显，由判据来区分故障类型，确定之后颗粒故障需结合脉冲模式进行危险性评估，毛刺和电位悬浮引起的放电需结合相位模式再具体区别判定。根据声音在气室传递衰减的特性，结合断路器内部结构判断故障部位。

侯村5053断路器为罐式开关视为一个气室，重点检查屏蔽罩、离子吸收器和绝缘支撑部件，一般在以上部位选取2-3点测量。

测试中发现5053开关A相局放的连续模式数值为0.38/2.3mV大于背景值，同时根据相位模式对放电类型进行分析，发现峰值不稳定，频率1频率2都有相应变化。

根据局放试验波形结果显示，初步判断为开关内部有弱放电现象。2、超声波局放检测500kV断路器内部杂质——检测分析方法本文档共137页；当前第59页；编辑于星期日\19点4分

对该断路器进行了开罐检查，发现开关内部有少许脏污和灰尘，对该开关进行处理后再次测量弱放电现象消失，测试数值为背景值。解体后的内部脏污图片如图所示。

根据现场施工安装记录，断路器在安装时未采取搭建作业帐篷等防尘措施，封罐时未彻底清洁罐体内部，导致部分杂质进入。断路器内部污染情况2、超声波局放检测500kV断路器内部杂质——检测分析方法本文档共137页；当前第60页；编辑于星期日\19点4分1）断路器交接试验时由于交流耐压试验只能发现内部绝缘件损伤、距离不足等严重缺陷，而潜在的内部杂质、气泡等局部放电缺陷不易发现，因此在交流耐压同时进行超声波局放测量对于及时发现此类缺陷是十分必要的。2）根据断路器实际发生的问题，建议今后断路器、GIS等设备现场安装时应加强设备安装工艺的管理。罐式断路器安装时，应采取搭建作业帐篷、地面铺工程塑料布等防尘措施，抽真空前必须罐体内部彻底清理，特别是缝隙、角落的除尘。验收时认真查验施工记录、监理记录，安装时的天气情况、装配顺序、安装工艺、气室的清理等是否满足要求。2、超声波局放检测500kV断路器内部杂质——经验体会本文档共137页；当前第61页；编辑于星期日\19点4分三、特高频局部放电检测技术本文档共137页；当前第62页；编辑于星期日\19点4分主要内容特高频局部放电检测的原理1特高频局部放电检测仪器及工具2特高频局部放电检测方法及注意事项3数据、图谱的分析及诊断4典型案例分析5本文档共137页；当前第63页；编辑于星期日\19点4分一、特高频局部放电检测的原理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。应用宽带高频天线（300MHz-1.5GHz传感器）检测GIS内部局放电流激发的电磁波信号，从而反应GIS内部局部放电的类型及大体位置。根据传感器安装位置不同，该方法分为内置法与外置法两种。由于现场的电晕干扰主要集中在300MHz频段以下，因此特高频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。本文档共137页；当前第64页；编辑于星期日\19点4分特高频检测法基本原理示意图本文档共137页；当前第65页；编辑于星期日\19点4分内置式特高频传感器外置式特高频传感器本文档共137页；当前第66页；编辑于星期日\19点4分GIS的金属同轴结构可视为一个良好的电磁波导，放电所形成的高阶电磁波TE和TM（f>300MHz），可沿波导方向无衰减地进行转播； 绝缘屏障会造成2dB信号衰减转角结构会造成6dB信号分散UHF信号在GIS中的传播衰减本文档共137页；当前第67页；编辑于星期日\19点4分(-6dB)(-2dB)0dB-8dB特高频电磁波传输与衰减示意图本文档共137页；当前第68页；编辑于星期日\19点4分二、特高频局部放电检测仪器及工具特高频局部检测仪的基本要求特高频局放检测仪的组成特高频局放检测其它常用工具GIS特高频局放仪常用谱图本文档共137页；当前第69页；编辑于星期日\19点4分1、特高频局部检测仪的基本要求能够有效抑制或排除干扰；可根据现场实际情况调整局部放电的检测周期、检出阈值和报警阈值等参数；可用外施高压电源进行同步（外同步），并可通过移相的方式，对测量信号进行观察和分析；测试线长度满足要求，且接头牢固不易损坏（最好N型接头）局部放电检测应提供局部放电信号的幅值、相位、放电频次等信息中的一种或几种，并可采用PRPS、PRPD等常用谱图进行展示。本文档共137页；当前第70页；编辑于星期日\19点4分2、特高频局部检测仪的组成特高频传感器：耦合器，感应300M-1.5GHz的特高频无线电信号；信号放大器（可选）：某些局放检测仪会包含信号放大器，对来自前端的局放信号做放大处理；滤波器（可选）：如果现场检测在某一频段存在较强干扰，可使用特定的滤波器将其滤掉，从而达到抗干扰目的；检测仪器主机：接收、处理耦合器采集到的特高频局部放电信号；分析主机（笔记本电脑）：运行局放分析软件，对采集的数据进行处理，识别放电类型，判断放电强度；本文档共137页；当前第71页；编辑于星期日\19点4分特高频局放测试仪组成示意图本文档共137页；当前第72页；编辑于星期日\19点4分3、特高频局放检测其它常用工具高速示波器：可对特高频原始信号进行观察，并利用各个通道采集信号的时间差来进行定位；频谱仪：根据频谱特性进一步确认是放电还是干扰，如果是干扰可分析干扰信号频段，通过使用滤波器来过滤掉干扰信号；屏蔽带：屏蔽外部干扰最基本的工具，一般用金属布制成，同时能起到增强检测信号及固定传感器的作用。本文档共137页；当前第73页；编辑于星期日\19点4分4、GIS特高频局放仪两种常用谱图PRPS（脉冲序列相位分布）谱图本文档共137页；当前第74页；编辑于星期日\19点4分PRPD（局部放电相位分解）谱图本文档共137页；当前第75页；编辑于星期日\19点4分三、特高频局部放电检测方法及注意事项检测条件要求检测周期安全注意事项检测接线传感器放置部位部位及要求操作流程常见注意事项本文档共137页；当前第76页；编辑于星期日\19点4分1、检测条件要求被检设备是带电运行设备，绝缘盆子为非金属封闭或内置有ＵＨＦ传感器；ＧＩＳ设备为额定气体压力，在ＧＩＳ设备上无各种外部作业；在检测时应最大限度保持测试周围信号的干净，尽量减少人为制造出的干扰信号，例如：手机信号、照相机闪光灯信号、照明灯信号等；进行室外检测避免雨、雪、雾、露等相对湿度大于80％的天气条件。本文档共137页；当前第77页；编辑于星期日\19点4分2、检测周期投运后及大修后1个月内应对本体进行一次局部放电检测；正常情况下，半年至一年检测一次；检测到GIS有异常信号但不能完全判定时，可根据GIS设备的运行工况，应缩短检测周期，增加检测次数，应并分析信号的特点和发展趋势；必要时，对重要部件（如断路器、隔离开关、母线等）进行局部放电重点检测；对于运行年限超过15年以上的GIS设备，宜考虑缩短检测周期，迎峰度夏（冬）、重大保电活动前应增加检测次数。本文档共137页；当前第78页；编辑于星期日\19点4分3、安全注意事项

为确保安全生产，特别是确保人身安全，除严格执行电力相关安全标准和安全规定之外,还应注意以下几点:检测时应勿碰勿动其它带电设备；防止传感器坠落到GIS管道上，避免发生事故；保证待测设备绝缘良好，以防止低压触电；在狭小空间中使用传感器时，应尽量避免身体触碰GIS管道；行走中注意脚下，避免踩踏设备管道；在进行检测时，要防止误碰误动GIS其它部件；在使用传感器进行检测时，应戴绝缘手套，避免手部直接接触传感器金属部件。本文档共137页；当前第79页；编辑于星期日\19点4分4、

检测接线

在采用特高频法检测局部放电的过程中，应按照所使用的特高频局放检测仪操作说明，连接好传感器、信号放大器、检测仪器主机等各部件，通过绑带（或人工）将传感器固定在盆式绝缘子上，必要的情况下，可以接入信号放大器。本文档共137页；当前第80页；编辑于星期日\19点4分特高频局放检测仪连接示意图本文档共137页；当前第81页；编辑于星期日\19点4分5、传感器放置部位部位及要求GIS内部局部放电产生的特高频信号在GIS腔体内以横向电磁波方式传播，只有在GIS壳的金属非连续部位才能泄漏出来。在GIS上只有无金属法兰的绝缘子、观察窗、接地开关的外露绝缘件、内置式CT、PT二次接线盒等部位才能测量到信号，特高频传感器需安置在这些部位；传感器应与盆式绝缘子紧密接触，且应放置于两根禁锢盆式绝缘子螺栓的中间，以减少螺栓对内部电磁波的屏蔽及传感器与螺栓产生的外部静电干扰；在测量时应尽可能保证传感器与盆式绝缘子的接触，不要因为传感器移动引起的信号而干扰正确判断；

本文档共137页；当前第82页；编辑于星期日\19点4分6、特高频局部放电检测的操作流程在采用特高频法检测局部放电时，典型的操作流程如下：1）设备连接：按照设备接线图连接测试仪各部件，将传感器固定在盆式绝缘子上，将检测仪主机及传感器正确接地，电脑、检测仪主机连接电源，开机。2）工况检查：开机后，运行检测软件，检查主机与电脑通信状况、同步状态、相位偏移等参数；进行系统自检，确认各检测通道工作正常。3）设置检测参数：设置变电站名称、检测位置并做好标注。根据现场噪声水平设定各通道信号检测阈值。4）信号检测：打开连接传感器的检测通道，观察检测到的信号。如果发现信号无异常，保存少量数据，退出并改变检测位置继续下一点检测；如果发现信号异常，则延长检测时间并记录多组数据，进入异常诊断流程。必要的情况下，可以接入信号放大器。本文档共137页；当前第83页；编辑于星期日\19点4分1、在检测过程中，必须保证电源零线火线的正确性。通常要求插座为左侧零线，右侧火线；2、使用内同步时，必须要从现场检修电源箱或室内墙上插座去电，不能使用逆变电源或发电机供电；3、对每个GIS间隔进行检测时，在无异常局放信号的情况下只需存储断路器仓盆式绝缘子的三维信号，其它盆式绝缘子必须检测但可不用存储数据。在检测到异常信号时，必须对该间隔每个绝缘盆子进行检测并存储相应的数据；4、在开始检测时，不需要加装放大器进行测量。若发现有微弱的异常信号时，可接入放大器将信号放大以方便判断。5、绝缘缺陷并非一定导致局部放电或持续的局部放电。局部放电经常是断续发生的。投运前和检修后的GIS交接试验中进行局部放电带电检测时，建议用橡胶锤敲击GIS壳体，激发悬浮电位局部放电以增加检测的有效性。6、局部放电类型识别的准确程度取决于经验和数据的不断积累，检测结果和检修结果确定以后，应保留波形和谱图数据，作为今后局部放电类型识别的依据。7、常见注意事项本文档共137页；当前第84页；编辑于星期日\19点4分四、数据、图谱的分析与诊断识别并排除干扰对放电类型进行识别对放电源进行定位对放电信号危险性评估，制定检修策略本文档共137页；当前第85页；编辑于星期日\19点4分1）排除法：在开始测试前，尽可能排除干扰源的存在，比如关闭荧光灯和关闭手机，检查周围有无悬浮放电的金属部件；2）

根据信号特征识别干扰：现场最常见的干扰信号雷达噪声，移动电话噪声，荧光噪声和马达噪声。下面简明列举了上述几种信号的典型谱图1、识别并排除干扰的方法本文档共137页；当前第86页；编辑于星期日\19点4分类型PRPS谱图峰值检测谱图PRPD谱图荧光干扰干扰信号幅值较分散，一般情况下工频相关性弱。本文档共137页；当前第87页；编辑于星期日\19点4分类型PRPS谱图峰值检测谱图PRPD谱图移动电话干扰干扰信号工频相关性弱，有特定的重复频率，幅值有规律变化。本文档共137页；当前第88页；编辑于星期日\19点4分类型PRPS谱图峰值检测谱图PRPD谱图马达干扰干扰信号无工频相关性，幅值分布较为分散，重复率低。本文档共137页；当前第89页；编辑于星期日\19点4分类型PRPS谱图峰值检测谱图PRPD谱图雷达干扰干扰信号有规律重复产生但无工频相关性，幅值有规律变化。本文档共137页；当前第90页；编辑于星期日\19点4分3）根据信号位置识别干扰-平面分法P传感器A’’传感器B’传感器B传感器A’传感器AP’传感器B’’本文档共137页；当前第91页；编辑于星期日\19点4分4）屏蔽带法抗干扰；本文档共137页；当前第92页；编辑于星期日\19点4分5)背景测量抗干扰背景传感器设备传感器

测量设备本文档共137页；当前第93页；编辑于星期日\19点4分6）利检测频段选择和滤波抗干扰：针对固定存在信号较强的干扰，可通过频谱仪分析干扰存在的频段，使用滤波器将其过滤掉达到抗干扰目的本文档共137页；当前第94页；编辑于星期日\19点4分

排除掉干扰，确定为内部放电后，需要对放电类型进行识别。GIS内部放电主要有5类：电晕放电，空穴放电，自由金属颗粒放电和悬浮电位放电，以及绝缘沿面放电。下面简明列举了上述几种信号的典型谱图，包括各类信号的PRPS图谱、PRPD图谱和峰值检测图谱2、放电类型识别本文档共137页；当前第95页；编辑于星期日\19点4分类型PRPS谱图峰值检测谱图PRPD谱图电晕放电放电的极性效应非常明显，通常在工频相位的负半周或正半周出现，放电信号强度较弱且相位分布较宽，放电次数较多。但较高电压等级下另一个半周也可能出现放电信号，幅值更高且相位分布较窄，放电次数较少。本文档共137页；当前第96页；编辑于星期日\19点4分类型PRPS谱图峰值检测谱图PRPD谱图悬浮电位放电放电信号通常在工频相位的正、负半周均会出现，且具有一定对称性，放电信号幅值很大且相邻放电信号时间间隔基本一致，放电次数少，放电重复率较低。PRPS谱图具有“内八字”或“外八字”分布特征。本文档共137页；当前第97页；编辑于星期日\19点4分类型PRPS谱图峰值检测谱图PRPD谱图自由金属颗粒放电局放信号极性效应不明显，任意相位上均有分布，放电次数少，放电幅值无明显规律，放电信号时间间隔不稳定。提高电压等级放电幅值增大但放电间隔降低。本文档共137页；当前第98页；编辑于星期日\19点4分类型PRPS谱图峰值检测谱图PRPD谱图空穴放电放电信号通常在工频相位的正、负半周均会出现，且具有一定对称性，放电幅值较分散，放电次数较少。本文档共137页；当前第99页；编辑于星期日\19点4分

3、放电源定位幅值定位，依靠各个检测部位检测信号大小定位，是最常用定位方法，但只能大概确定某一气室或区域，且有时几个检测部位信号幅值差别很小无法判断，甚至某些情况会出现离信号远的部位幅值比离信号源近的部位还要大。时差定位，通过可分辨纳秒高速示波器比较两个检测部位检测信号的时间差来对信号进行定位，如分辨率能达到1纳秒，则定位精度可达30cm，定位可靠，需要好的仪器及经验。本文档共137页；当前第100页；编辑于星期日\19点4分当采用多个传感器时，将一个传感器（中心传感器）固定在GIS上的某个检测位置，将其他传感器放置在此传感器四周邻近位置，如果中心传感器的信号总是领先于四周不同位置处的传感器的信号，则可判断放电源靠近中心传感器的位置。时间领先法确定大约位置

L本文档共137页；当前第101页；编辑于星期日\19点4分xL-xS1,t1S2,t2L2x

ct

t2

t1

Lct

2x

时差定位原理

L优点：原理简单、运用方便、定位较为准确。缺点：信号的时差在ns量级，因此不仅需要测量设备具有很高的采样率和频宽，还要求被测信号的起始脉冲清晰，以读取信号的起始时间。本文档共137页；当前第102页；编辑于星期日\19点4分

4、信号危险性评估及检修策略当前无相关的标准依据，特高频无法简单通过信号大小来判断危害性。根据信号幅值、放电源位置、放电类型初步评估危害性，观察信号变化趋势，并可采取其它手段辅助分析。从检修结果到指导检修策略目前仍有较大鸿沟；在局部放电带电检测中，如果检测到放电信号，同时定位结果位于重要设备如断路器、电压互感器、隔离开关、接地刀闸或盆式绝缘子处，则应尽快安排停电检修。如果放电源位于非关键部位，则应缩短检测周期，关注放电信号的强度和放电模式的变化。检测到信号为绝缘内部放电或绝缘表面放电，则应尽快安排停电检修，刀闸屏蔽罩悬浮放电可通过操作后观察信号趋势来决定是否检修；细小的尖刺放电可通过跟踪检测，关注信号强度变化来决定是否检修本文档共137页；当前第103页；编辑于星期日\19点4分5、异常局放信号诊断注意事项当在空气中也能检测到异常信号时，首先要观察分析坏境中可能的干扰源。能去除的应先去除干扰后在进行检测、分析；当传感器放置于盆式绝缘子后检测出异常信号，此时拿开传感器再查看在空气中检测到的图谱是否与置于盆式绝缘子上检测到的图谱是否一致。若一致并且信号更大，则基本可判断为外部干扰；若不一样或变小，则需进一步检测判断；当该间隔检测出异常信号时，可检测该间隔相邻间隔的信号。看是否也存在相近的异常信号，若没有异常信号存在，则该间隔的异常信号可能为内部信号；检测出异常信号时，查看人工智能分析软件给出的结论是否为放电，但不能完全依赖软件自动分析结果；当检测出异常信号时，必要时可使用工具把传感器绑置于盆式绝缘子处进行长时间检测。时间至少长于15分钟，可通过分析峰值监测图谱、放电重复率图谱等局放图谱来进行判断。本文档共137页；当前第104页；编辑于星期日\19点4分五、特高频局部放电检测典型案例分析1.特高频法检测220kVGIS支柱绝缘子内部缺陷2.特高频检测GIS盆式绝缘子内部气隙缺陷3.特高频检测GIS支柱绝缘子裂纹缺陷4.特高频局部放电检测110kV断路器绝缘内部缺陷本文档共137页；当前第105页；编辑于星期日\19点4分2014年5月14日，山东省电力科学研究院使用特高频法、超声波法和SF6气体成分检测法在对某220kVGIS带电检测时，在某间隔母线支持绝缘子处检测到特高频局放信号，SF6气体成分分析法检测到气体成分有变化，但超声波法对该类型放电不灵敏。在确认放电气室后，及时对该间隔进行解体，发现B相支持绝缘子存在严重浇筑缺陷，更换后放电信号消失。1、特高频检测GIS支柱绝缘子内部缺陷——案件经过本文档共137页；当前第106页；编辑于星期日\19点4分信号发现和初步定位1、特高频检测GIS支柱绝缘子内部缺陷——检测分析方法如图1所示，采用便携式特高频局放测试仪，将特高频传感器依次放置在竹宁线、#1主变、竹义线等间隔1母和2母盆式绝缘子上，进行检测，测得信号如图2所示。

图1传感器放置位置图2三个间隔特高频信号图3朱宁间隔-1、-2刀闸与母线间盆式绝缘子信号本文档共137页；当前第107页；编辑于星期日\19点4分为进一步确认放电气室，对朱宁间隔刀闸和母线气室分别进行气体成分取样分析。气体成分分析的最终结果，如表所示。气体成分分析结果

1母线气室存在少量硫化物，其他气室成分检测正常。1、特高频检测GIS支柱绝缘子内部缺陷——检测分析方法被测气室SF6气体分解物成分（ppm）SO2+SOF2H2SHFCO1母线1.5007.72母线0007.62211-1刀闸0007.62211-2刀闸0008本文档共137页；当前第108页；编辑于星期日\19点4分放电源精确定位1、特高频检测GIS支柱绝缘子内部缺陷——检测分析方法如图1所示，将两传感器分别放置于2211-1刀闸A、C两相盆式绝缘子处，检测到间隔20ms的电磁波信号，最高幅值达1500mV，且放电重复性较好，信号幅值大小也基本一致，波形如图2所示。

图1传感器放置位置图2特高频信号本文档共137页；当前第109页；编辑于星期日\19点4分放电源精确定位1、特高频检测GIS支柱绝缘子内部缺陷——检测分析方法采用时差定位方法，对该两处电磁波信号进行定位，精确查找放电源位置。两传感器分别放置于位置1、位置2和位置3，检测电磁波信号如图1和图2所示。图1所示位置2信号（黄色）超前位置1信号（蓝色）约5ns；图2所示位置2信号（蓝色）超前位置3信号（蓝色）约13ns，现场测量位置1与位置2距离约1.5米，位置2与位置3间距约4.3米。经过分析计算，信号源位于位置2和位置3之间，距离位置2（A相盆式绝缘子）约20cm处。图1位置1和2时间差图2位置2和3时间差本文档共137页；当前第110页；编辑于星期日\19点4分解体检查情况1、特高频检测GIS支柱绝缘子内部缺陷——检测分析方法在拆解母线支撑绝缘子时，发现A相支撑绝缘子表面有很多小孔，最大两个直径约1mm~1.5mm的小孔，如图1所示，且该绝缘子位于特高频定位的放电源处。图1支持绝缘子缺陷本文档共137页；当前第111页；编辑于星期日\19点4分返厂试验情况1、特高频检测GIS支柱绝缘子内部缺陷——检测分析方法5月29日，在新东北公司对更换下的三相盆式绝缘子和7只支持绝缘子进行试验，试验项目包括工频耐压、局放测试和X光探伤。1）工频耐压试验：0.4MPaSF6气体中，460kV/1min试验通过。2）局放测试：0.4MPaSF6气体中，A相支持绝缘子在175kV电压下局放量>200pC，局放超标。其他6只局放无异常。3）X光探伤：A相支持绝缘子内部有微小裂纹。本文档共137页；当前第112页；编辑于星期日\19点4分1)支持绝缘子内部裂纹或气隙缺陷一般由浇注或固化过程中内部受热不均或真空度不够造成，该类缺陷在运行过程中会产生局部放电，长期运行下会加速绝缘件内部老化，最终形成贯穿性放电通道，发生击穿。2)相关标准及反措要求，GIS、SF6断路器设备内部的绝缘操作杆、盆式绝缘子、支撑绝缘子等部件必须经过局部放电试验方可装配，要求在试验电压下单个绝缘件的局部放电量不大于3pC。3)制造厂应加强标准和反措的执行力度，加强绝缘件等关键组部件的产品质量管控，重点做好绝缘操作杆、盆式绝缘子、支撑绝缘子等绝缘件的交流耐压、局放测试、X光探伤等试验项目；关键组部件出厂时都应有各自生产编号，便于对产品生产、试验、运输等环节进行追溯。1、特高频检测GIS支柱绝缘子内部缺陷——经验体会本文档共137页；当前第113页；编辑于星期日\19点4分2010年3月22日，江苏省电力试验研究院使用特高频法、超声波法和SF6气体成分检测法在对某220kVGIS带电检测时，在某间隔B相出线的三个盆式绝缘子处均测量到较强的特高频局放信号，超声波法和SF6气体成分分析法均为测量到可疑信号。随着信号的逐步变大，对存在疑似信号的绝缘子进行了解体更换处理。由于处理及时准确，避免了重大事故的发生。2、特高频检测GIS盆式绝缘子内部气隙缺陷——案件经过本文档共137页；当前第114页；编辑于星期日\19点4分特高频法测量到的信号如图2、特高频检测GIS盆式绝缘子内部气隙缺陷——检测分析方法本文档共137页；当前第115页；编辑于星期日\19点4分

通过对局放信号传播衰减比较法进行初步判断，结果表明，位置G处的异常信号幅值最大，如图：

然后在存在疑似信号的绝缘子处安装了局部放电特高频在线监测系统，进行24小时监控。一直持续到6月份，发现信号在逐步增大，随即决定解体更换存在疑似信号部位的F、G、H的盆式绝缘子。2、特高频检测GIS盆式绝缘子内部气隙缺陷——检测分析方法本文档共137页；当前第116页；编辑于星期日\19点4分对更换后的F、G、H进行X光探伤、耐压、局部放电试验，结果表明F、H盆子通过X光探伤、耐压、局部放电试验，而G号盆子仅通过了耐压试验，在其内部发现浇口下部发现一条长约150mm、直径约为2mm的气泡，其局部放电量为2.37nC，如图所示。2、特高频检测GIS盆式绝缘子内部气隙缺陷——检测分析方法本文档共137页；当前第117页；编辑于星期日\19点4分对其进行解体后可见明显的气泡，如图所示：(a)(b)2、特高频检测GIS盆式绝缘子内部气隙缺陷——检测分析方法本文档共137页；当前第118页；编辑于星期日\19点4分

1)在对GIS进行带电检测时，应同时使用多种方法。这是因为不同的方法有不同的有效检测范围，如绝缘子内部气泡缺陷，仅有特高频法能检测到放电信号，超声波法、气体成分未检测到可疑信号。2)应加强驻厂监造和出厂试验见证工作，避免存在重大缺陷的设备进入电网。3)应加强带电检测技术培训，增加相关技术人员的现场经验，提高带电检测工作的有效性和效率等。2、特高频检测GIS盆式绝缘子内部气隙缺陷——经验体会本文档共137页；当前第119页；编辑于星期日\19点4分

2010年6月2日，试验人员在对一110kVGIS进行局部放电检测时，发现110kV#1母线上备用六间隔-1刀闸A相下方有较强局放信号，经分析有较强的危害性。对GIS设备进行了解体检查，发现信号异常部位所对应的支撑绝缘子内部有一明显裂纹，若继续运行，很可能导致绝缘子断裂，造成母线接地、停电事故。本次GIS的隐患排查工作，不仅消除了该GIS设备的重大安全隐患，避免了重大设备事故的发生。3、特高频检测GIS支柱绝缘子裂纹缺陷——案件经过本文档共137页；当前第120页；编辑于星期日\19点4分使用仪器为PDM2000超声、超高频测试仪，特高频测得明显的放电信号，经仪器自动判断为尖端放电，但从波形来看，还具有一定的100Hz相关性，如图1所示：3、特高频检测GIS支柱绝缘子裂纹缺陷——检测分析方法本文档共137页；当前第121页；编辑于星期日\19点4分超声波信号图谱的双极性特征较明显，但也存在两撮不大一样的特征，如图2所示，根据经验判断，应为连接松动引起的悬浮放电，同时伴随有尖端放电现象，信号较明显，具有一定的危害性。3、特高频检测GIS支柱绝缘子裂纹缺陷——检测分析方法本文档共137页；当前第122页；编辑于星期日\19点4分

为进一步确保该GIS设备局部放电测试结果的正确性，并对放电点进行精确定位，2010年6月18日，使用德国DOBLE公司的超高频局放测试仪和AIA超声局放设备，对GIS设备信号异常部位进行了第二次复测。3、特高频检测GIS支柱绝缘子裂纹缺陷——检测分析方法本文档共137页；当前第123页；编辑于星期日\19点4分3、特高频检测GIS支柱绝缘子裂纹缺陷——检测分析方法本文档共137页；当前第124页；编辑于星期日\19点4分通过对备用六间隔附近两条母线上的6个盆式绝缘子进行超高频信号测量，结果显示备用六间隔两侧#1母线上的两个盆式绝缘子上超高频放电信号最强，其他盆子上的信号稍弱，因此确定了放电气室为这两个盆式绝缘子之间的#1母线上备用六间隔所在气室用AIA超声局放检测仪对放电气室进行逐点测试，测试结果显示放电信号最强点出现在#1母线上备用六间隔-1刀闸A相下方，其信号较其他部位有明显增长，具体位置如图所示。所测最大超声信号峰值达38mv，且具有较强的100Hz相关性，对信号进行相位模式分析，信号图谱与标准的悬浮放电图谱较为相似，初步诊断为悬浮放电类型3、特高频检测GIS支柱绝缘子裂纹缺陷——检测分析方法本文档共137页；当前第125页；编辑于星期日\19点4分3、特高频检测GIS支柱绝缘子裂纹缺陷——检测分析方法本文档共137页；当前第126页；编辑于星期日\19点4分

为了进一步确定缺陷原因，2010年7月22日，将更换的绝缘部件进行了返厂检测、试验，试验情况如下：A相支柱绝缘子在进行X光探伤时，发现绝缘子内部有明显裂纹（见图6），裂纹由嵌件与绝缘子