GIS局部放电带电检测技术及现场运用

GIS局部放电带电检测技术及现场运用

摘要：近年来，随着时代经济的飞速发展以及科学技术的日新月异，电网建设

逐渐加快了发展的步伐，以至于六氟化硫气体绝缘金属封闭开关设备被广泛的应

用于电网的发展中，而其设备带电运行中局部放电的如何检测成为当今电网建设

行业领域研究的热点之一。本文首先说明了GIS带电运行中局部放电检测的试验

平台，进而确立了GIS带电运行中局部放电检测的方案，最后分析总结了GIS带

电运行中局部放电检测方法。

关键词：GIS；局部放电；检测技术

一、局部放电检测方法

气体绝缘组合电器的局部放电检测方法主要分为非电检测法和电检测法两大类。

（一）非电检测法

非电检测法主要包括超声波检测法和化学检测法。当GIS内部存在局部放电时，会生产超声波信号，可通过安装在GIS外壳上的超声波传感器进行检测，这

种方法称为超声波检测法。超声波检测法主要优点是定位方便，因其无法进行局

部放电量的定量分析，主要作为一种辅助测量方法进行运用;组合电器内部绝缘气

体为SF6，SF6为一种非常稳定的惰性气体，绝缘强度高，正常情况下不会发生分解反应，当出现电弧放电等异常情况时，高温电弧能量会使SF6气体发生化学反应，生成SF4、SF3、SF2等硫化物，同时，当SF6气体周围含有微水和氧气时，

会生产HF和H2SO3、SO2等化合物。通过采用气体传感器对SF6分解产物进行检测的方法称为化学检测法。通常情况下，SF6在不同的环境下发生的分解产物不同，含量以及产生速率等也有差异，可通过检测SF6气体组分含量与变化趋势来

诊断其内部绝缘缺陷的情况。化学检测法优点是准确度和灵敏度高，是目前运用

最广泛的局部放电带电检测方法之一。

（二）电检测法

电测法主要是脉冲电流法和超高频法（Ultrahigh frequency，简称UHF）。脉

冲电流法是IEC 60270标准推荐的检测方法，主要用于变压器局部放电定量检测，在GIS局部放电检测中运用较少，其原理是当产生局部放电时，在其耦合回路中

会有脉冲电流，通过采用检测阻抗或者罗氏线圈传感器，就会耦合到脉冲电压信号。脉冲电流法检测频率通常在10 MHz以内，相比于超高频法而言，它的主要

优点是可以对局部放电进行定量分析。

超高频法是目前运用于GIS局部放电检测最为成熟的一种方法，其检测频率

通常为300 MHz～1 GHz，是近年来发展起来的一项新技术，也是运用于GIS局部

放电检测最为成熟的一种方法。它是利用装设在GIS内部或外部的天线传感器接

收局部放电激发并传播的300～3 000 MHz频段超高频信号进行检测和分析的一种方法。GIS内部腔体可视为一个同轴波导结构，PD激发的超高频信号在内部会以

横电波和横磁波的方式在其内部传播，在GIS外部壳体的观察窗以及盆式绝缘子

等位置会发生电磁波信号泄露，在这些位置安置UHF传感器可有效的检测到UHF

信号。超高频法具有以下特点：

①检测频率高，有有效避开300 MHz以下的干扰信号，其抗电磁干扰能力

强;②根据不同位置检测的超高频信号的时间差，可对局部放电发生位置进行定位;③超高频信号的波形特征信息丰富，可根据UHF脉冲的波形特征对典型故障

进行诊断;④UHF法与振动检测法相比，检测的局部放电范围更广，需要安装传

感器的检测点更少。

二、GIS带电运行中局部放电检测方案的确立

GIS带电运行中局部放电检测方案确立，需要正确合理的选取缺陷和方法，对于缺陷和方法的选取主要有以下具体体现：

（一）选取缺陷

对于GIS设备的缺陷来说，主要表现在导体以及地电极上存在一定的毛刺或

者是突起现象，进而使得局部电场发生畸变。GIS带电运行中出现故障往往也是

由于设备在实际的安装过程或者是操作的过程中存在有一些金属颗粒导致的，本

文的研究对象主要是高压中心导体、地电极以及悬浮缺陷。

（二）选取方法

一般而言，当前GIS带电运行中局部放主要的检测方法有传统的脉冲电流法、超声波法、紫外成像检测法、超高频法以及红外成像检测法等几种，本文主要是

选取传统脉冲电流法、超声波法以及超高频电磁法作为主要的检测方法。

脉冲电流法主要是一种借助于罗氏线圈进而获取绝缘缺陷所产生的局部放电

脉冲电流的实际信号。一般而言，脉冲电流法的灵敏度相对较高，一旦GIS带电

运行中出现局部放电，其局部放电的区域将会使得分子之间产生强烈的撞击，进

而产生一种强大的压力导致其检测的过程中存在较大的误差。

超声波法不仅仅有着较强的抗电磁干扰能力，同时又有着较高的定位准确度，但是超声波检测法在检测过程中由于相对较大的噪音和较大的机械振动，使得其

超声波的检测有着较大的误差存在。

超高频电磁波不仅仅有着相对较高的灵敏度，同时在某种程度上对于外界干

扰有着抑制作用，并能将信噪比提高。就其实质性而言，超高频电磁波是一种较

为理想的检测局部放电手段，只是对高压导体尖端容易发现，但是对其颗粒和发

丝等异物类不容易被直接的发现。

三、GIS带电运行中局部放电检测数方法分析

GIS带电运行中局部放电检测，主要有高压导体尖端检测、地电极尖端检测以及悬浮尖端检测三种。

（一）高压导体尖端检测

通过高压导体尖端检测的试验发现，初始电压状态下，金属尖端开始出现气晕，同时脉冲电流法可以测到局部放电信号。而超声波并没有明显的局部放电信号，但是随着施加电压的增大，超声波法也可以检测到局部放电信号，由此可知，脉冲电流法灵敏度最高，对于超声波而言，放电谱图开始向上抬起，随着电压的

升高，其谱图逐渐由变散的迹象，电压至更高层次放电谱图更加趋近于典型的放

电图谱。超高频检测到局部放电信号较为直观。通过对不同的电压进行施加，并

借助于脉冲电流法以及超声法对其进行测试，脉冲电流法有着相对较高的灵敏度，同时超高频法对局部放电信号的检测相对来说比较的准确和高效。

（二）地电极尖端检测

通过地电极尖端检测的试验发现，脉冲电流法和超声波法的灵敏度相对来说

大致相同，在施加的交流电压逐渐增加的过程中，超声波法以及传统脉冲电流法

均可以将微弱局放信号加以检测，但是在GIS腔体内逐渐产生局部放电时，将会

产生一定的机械振动，以至于超声波法和脉冲电流法的灵敏度难以的到实质上的

判断，对于地电极尖端缺陷而言，超高频法对其放电信号的检测较为集中。

（三）悬浮尖端检测

通过悬浮尖端检测的试验发现，对于脉冲电流法来说，初始电压状态下，局