gis局置线检测方法的对比与应用

gis局置线检测方法的对比与应用

20世纪80年代，上海电网开始运营第一个gis（气体隔离、封闭组合装置）设备。随着设备服役时间的增长及新GIS设备的不断投运,GIS设备的故障次数呈逐步上升趋势。对运行中GIS设备的绝缘性能进行跟踪检测是进行GIS状态检修风险评估的重要手段。影响GIS设备绝缘状况的主要因素有:气室内导电体上和金属外壳上的异常突起;气室内自由金属颗粒;固体绝缘内部的空隙和缺陷;电动和机械力造成的气室内零配件的松动;SF6气体中含有水份等。局部放电是反映GIS设备绝缘性能的重要参数之一,它隐含了GIS设备绝缘劣化的征兆和表现形式。目前,国内广泛采用超高频和超声波局部放电测量技术检测GIS设备局放。现场局部放电的检测希望得到以下几个结果:①GIS设备内是否有局部放电存在;②局部放电的具体位置;③局部放电的类型;④局部放电的视在放电量;⑤GIS缺陷的严重程度,对运行安全性的危害程度,及应该采取的措施。上海市电力公司从2004年起就开展了对GIS设备局放的普查,对有疑似局放现象的GIS设备采用超高频法以及超声波法进行局放定位。实践表明,局放测量技术有效弥补了目前GIS设备检测方法的不足,及时发现和避免了GIS设备故障的发生,保障了GIS设备的安全运行。1检测原理和定位技术1.1超声检测的基本原理超声波法的使用历史最长,其优点是设备使用简便、技术相对成熟、现场应用经验比较丰富,超声波信号抗电磁干扰的能力比较强,此外,通过对各气室的逐个测量,比较信号的幅值可以定位到缺陷发生的腔体甚至精确到厘米范围内。超声波法通过测量多个不同位置的超声传感器所测得的时延,利用空间几何方法计算出局部放电源的位置,实现绝缘缺陷的准确定位。具有抗电气干扰能力强,定位精确度高的优点。但易受现场周围环境的影响,特别是设备本身如果产生一定的机械振动,会使超声检测产生较大的误差。而且由于超声传感器检测有效范围较小,在局部放电定位时,需对GIS进行逐点检测,工作量非常大,现场应用较为不便。1.2基于超高频的局部放电检测是在UHF(0.3～3GHz)频段内选择合适的频段进行局部放电的电磁波信号检测。GIS设备运行现场的干扰源主要为架空线和变电站母线上的电晕放电、导体接触不良产生的电弧放电、站内可控硅产生的强电脉冲、其他设备内部的放电、无线电波、载波通讯、系统内开关动作等。研究表明,这些干扰主要集中在300MHz以下频段,而在300MHz以上频段的衰减很快,并且很容易被屏蔽。选择超高频段的电磁信号作为检测信号,可以避开常规电气测试方法中难以识别的电力系统干扰,显著提高局部放电检测的信噪比。近年来,超高频法已成为GIS局部放电在线检测的主要方式,并得到了实际应用。目前超高频法的检测仍然存在的问题:GIS设备的故障类型千差万别,不同类型缺陷的放电特征可能存在很大的差异。GIS内不同的局部放电类型,其在超高频检波波形、工频相位分布、超高频信号的频谱特征、常规局放量等特征方面是有所不同的,而多数研究只是利用其中某一方面的特征进行。UHF法是根据电磁波传播速度和不同传感器接收到同一放电源的信号时间差计算局部放电源的位置,实现绝缘缺陷定位。UHF法的优点是原理简单、运用方便、定位较为准确。由于所测信号的时差在ns级,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。由于GIS中盆式绝缘子通常是环氧树脂材料,对电磁波信号的衰减较小,因此,UHF定位法得到了广泛应用。2hf法局部放电基本原理UHF法与超声法两种方法具有互补特性,采用声电联合法技术可实现GIS局部放电在线检测。声电联合法既具有UHF法不受设备机械振动等环境影响、定位快速的特性,又具备了超声的抗电气干扰能力强、定位准确的优点。声电联合法检测GIS局部放电基本原理如图1所示。声电联合定位法的基本思想是先采用UHF法对GIS局部放电进行初步定位分析,确定局部放电的大致范围,然后再采用UHF法和超声法联合进行定位分析,实现绝缘缺陷的精确定位。3现场应用(1)局部放电定位分析GIS局部放电在线检测判断,绝缘缺陷较为严重,局部放电类型为金属悬浮电极类型放电,建议尽快进行设备维护。将检测的局部放电信号展开,利用超高频信号(传播速度为光速)与超声信号(在SF6中的传播速度约140m/s)之间的时间差可进行局部放电定位分析,如图2(b)所示,根据时差法可确定缺陷为靠近外壁不超过5cm范围内。在对经局部放电定位确定的GIS故障部分进行停运和拆卸检修后,发现开关触头部位螺帽与垫片脱落,掉在隔离绝缘子上,如图2(b)所示。(2)局部放电检测GIS存在局部放电信号。经UHF定位法初步确定为2号主变4段母线C相附近区域,采用声电联合法进行进一步定位分析,将一个UHF传感器放置在4段母线C相GIS气室附近,再将两个超声传感器固定在GIS气室外壁上,如图3(a)所示,检测信号如图3(b)。超声传感器1信号时延为12μs左右,超前于超声传感器2信号。为进一步确定局部放电源的位置,将传感器2移动到传感器1的上方,如图3(c)所示。此时,超声传感器2的时延为7μs左右,超前于超声传感器1的信号。经便携式局部放电检测系统定位和绝缘故障分析,局部放电源位于距传感器2所在腔壁靠近外壁不超过4cm范围,判断为金属悬浮电位类的绝缘故障。在对经局部放电定位确定的GIS故障部分进行停运和拆卸检修后,发现该处转角处绝缘子安装位置不对,导致悬浮放电,该绝缘子的一个支撑脚处已出现较为明显的放电痕迹。4uhf信号干扰(1)注意排除干扰,确保检测质量。在某变电站测量220kVGIS设备时,发现在UHF检波信号每个周波的固定位置均出现低幅值的脉冲簇群,其幅值较小,最大值为200～300mV。使用高速示波器观察UHF原始信号,经超高频定位发现当UHF传感器贴近到地表上的某一个位置时,会出现极大的信号反应(波形见如图4)。在电缆层发现,GIS地表检测到大信号的地方,对应为电缆层天花板的日光灯位置,怀疑该信号来自日光灯,在灯关闭后,上述信号立即消失,以此判断该信号为日光灯干扰。(2)建议每次测量时对设备型号、运行方式、测量数值等作详细记录,以便比较,作出综合分析。(3)如果发现测试数据有疑问或不良时,可以结合GIS内部SF6气体快速检测进行综合分析以确定设备运行状态。目前采用的GIS内部气体试纸分析法就是一种比较灵活、快速、简洁的有效手段。5局部放电和缺陷类型的uhf-超声联合定位算法(1)超声波法与超高频法可有效检测运行GIS设备的局放,弥补了GIS设备交接和预防性试验的不足。(2)声电联合法通过同时检测局部放电信号的UHF信号和超声信号,对两种信号进行对比分析,能更加有效地排除现场干扰,提高局部放电和缺陷类型识别的准确性。(3)采用声电联合定位法进行绝缘缺陷