GIS 局部放电检测及典型图谱

局部放电是指绝缘结构中由于电场分布不均匀、局部场强过高而导致的绝缘介质中局部范围内的放电或击穿现象,是造成绝缘劣化的主要原因,也是劣化的重要征兆和表现形式,与绝缘材料的劣化和击穿密切相关。因此,对局部放电的有效检测对电力设备的安全稳定运行具有重要意义。局部放电的检测是以局部放电所产生的各种现象为依据,通过能表述该现象的物理量来表征局部放电的状态及特性。由于局部放电的过程中会产生电脉冲、电磁辐射、超声波、光以及一些化学生成物,并引起局部过热,相应地出现了脉冲电流法、超高频(UHF)法、超声波法、光测法、化学检测法、红外检测法等多种检测方法。传统的局部放电检测方法,其测量信号的响应频率一般不超过 1 MHz,易受外界干扰的影响,很难用于电力设备的现场检测。同传统的检测方法相比,超高频检测技术具有检测频率高、抗干扰性强和灵敏度高等优点,更适合局部放电在线监测,它通过接收电力变压器局部放电产生的超高频电磁波,实现局部放电的检测。

局部放电测量还有助于发现以SF6气体作为绝缘介质的气体绝缘金属封闭开关设备（以下简称GIS，包括HGIS和罐式断路器等）内部的多种绝缘缺陷，是诊断GIS健康状态的重要手段。在GIS制造、安装、运行和检修的各个环节，凡是具备条件的，都应该进行局部放电检测。

检测原理

电气设备在使用过程中，由于某些原因逐步产生缺陷，在局部出现的微小放电的物理状况。检测局部放电是诊断电力设备绝缘状态的重要办法。

电力变压器内的油纸绝缘，由于自身老化或生产工艺，会导致绝缘缺陷。绝缘缺陷的存在会造成电场不均匀而产生局部放电，使绝缘介质逐步受到侵蚀和损伤，最终导致变压器出现绝缘性故障,造成巨大的经济损失以及人身伤害。所以局部放电的检测对电力变压器有着十分重要的意义。变压器内部的典型局部放电形式有四种，他们分别是油中气隙放电、油纸隔板结构放电、悬浮电极放电和针板电极放电这四种。我们利用超高频法检测变压器内部的局部放电。

变压器内部局部放电的超高频信号变压器内部局部放电频谱分布图由上述两个图谱可以看出用超高频测量变压器内部的局部放电是比较有效的。

1、变压器内部油中气体放电的典型图谱：

2、变压器内部悬浮电极放电的典型图谱：

3、变压器内部油纸隔板结构放电

4、变压器内部针板电极放电

对于GIS局部放电的起因有如下几种：

1.导体上的毛刺或颗粒 4. 自由移动的带电颗粒

2.壳体上的毛刺或颗粒 5. 盆式绝缘子上的颗粒

3.悬浮屏蔽（接触不良） 6. 盆式绝缘子内部缺陷

从能量的角度来看，放电是能量的一个瞬时的爆发，是电能以声能、光能、热能、电磁能，气体形式（臭氧、一氧化二氮）等形式释放出去的一个过程，可采用多种手段进行测量。目前局部放电的检测手段主要有如下4种：

传统检测法（实验室常用，不适合在线）

超高频（UHF）检测法（检测灵敏度高，适合现场）

超声波（AE）检测法（检测灵敏度高，适合现场）

气体分析法（检测灵敏度低，反应速度慢）

UHF检测法和AE检测法适合现场检测应用，可以相互补充。在变电站现场，由于受电磁环境、检测设备和试验电源等条件的限制，通常难以对GIS进行常规的脉冲电流法检测。

实践经验表明，局部放电超高频检测方法具有检测灵敏高和抗干扰能力强的特点，适用于发电厂和变电站现场条件下的变压器及GIS局部放电测量。目前电力行业内已经认可此方法，并且有相应的技术规范。

放电类型识别

在测量过程中，系统对测量的数据实时分析并进行智能判断，并将判断结果自动

分类，类别如下：

1--悬浮电位放电

2--绝缘子内部气隙放电

3--绝缘子沿面放电

4--尖端毛刺放电

5--自由颗粒放电

6—外部干扰

7--没有明显放电特征

5.5抗干扰

现场干扰将降低局部放电检测的灵敏度，甚至导致误报警和诊断错误。因此，局部放电检测装置应能将干扰抑制到可以接受的水平。

5.5.1 主要干扰类型

GIS局部放电特高频检测中主要存在以下几类干扰形式：

1)移动通讯和雷达等无线电干扰；

2)变电站架空线上尖端放电干扰；

3)变电站高电压环境中存在的浮电位体放电干扰；

4)照明、风机等电气设备中存在的电气接触不良产生的放电干扰；

5)开关操作产生的短时放电干扰。

在局部放电带电检测中，如果检测到放电信号，并确定为GIS内部的局部放电，则可以把所测波形和图谱与典型放电波形和图谱进行比较，确定其局部放电的类型。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，目前尚未达到完善的程度。在实际检测中，当检测结果和检修结果确定以后，应保留波形和图谱数据，作为今后局部放电类型识别的依据。

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。

在带电测量过程中，在GIS的高电压位置，如GIS的变压器和线路出线套管，请注意保持传感器及其电缆线和裸露的高压部件的安全绝缘距离，否则可能危及

管道、人身安全。测试人员及测试设备在移动过程中，应注意对GIS设备的SF

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阀门及二次走线管道等的防护。

如果GIS发生绝缘击穿，GIS外壳可能出现危及人身安全的暂态电压。测试人员应注意防护。

在GIS现场交接试验中，宜在GIS通过工频耐压试验后进行局部放电检测。

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测量时，建议用橡胶锤敲击GIS壳体，激发浮电位局部放电以增加检测的有效性。

超高频传感对金属颗粒、浮电位部件的局部放电最为敏感，对尖端放电等长间隙放电相对不敏感。

附录A GIS 局部放电的典型图谱

附录B 干扰信号的典型图谱

附录C 检测数据的要求

附录D 术语和定义

GIS局部放电 GIS partial discharge

GIS局部放电是指发生在GIS绝缘结构中局部区域内的放电现象，包括：自由金属颗粒放电、悬浮电位体放电、沿面放电、绝缘件内部气隙放电、金属尖端放电放电等。

超高频 ultra high frequency(UHF)

指频率为300MHz～3GHz的电磁波频段。

局部放电超高频检测 UHF detection of partial discharge

采用内置或外置的传感器检测GIS中局部放电在特高频频段（300MHz～3GHz）范围内所产生的电磁波信号。

带电测量 on-line detection

特指在GIS运行状态下，采用便携式仪器或示波器，通过内置、外置或可活动的UHF传感器，由专业人员对局部放电进行检测。

背景噪声background noise

背景噪声是指在局部放电检测过程中测量到的非被检测设备所产生的信号，背景噪声包括检测装置中的白噪声、广播通讯信号、雷达信号以及其他的连续或脉冲干扰信号。

最小可测放电量q min minimum level of detectable PD

局部放电检测装置在检定条件下所能检出的最小放电量q min（pC）。为了得到明确的测量结果，q min的测量幅值至少应为背景噪声幅值的2倍。