带电检测技术在GIS设备中的应用

带电检测技术在GIS设备中的应用作者：林东盛来源：《机电一体化》2014年第02期【摘要】GIS 设备占地少、维护量小、可靠性高，在电力系统中得到了广泛应用。

但其生产运行过程中，内部经常存有绝缘隐患给安全运行带来风险，实践中越来越多应用带电检测技术对设备实施带电检测，进行绝缘安全状态评价。

本文结合某局放试验介绍GIS设备带电检测的主要内容和方法，说明带电检测技术在GIS设备中的重要性和必要性。

【关键词】GIS设备；带电检测；局部放电；应用1 SF6气体的检测SF6的绝缘和其灭弧能力只有在有足够的压力以及一定的纯度下才会发生，因此要确保其运行安全以及工作人员的安全，要根据规定对SF6的质量和各种密封条件进行检测。

一般带电检测内容包括其湿度和泄露检测。

1.1 SF6气体检漏气体泄露的故障一般发生在组合电器的密封、焊接和管路接口的地方，因为密封材料老化或者焊缝有砂眼出现都会引起气体泄露。

对此，一般是通过对GIS补充SF6来保证GIS的正常工作。

根据统计该种故障发生率在整个GIS故障发生率中占42%。

进行SF6是否漏气的检测是整个检测工作的一个部分。

在现场检测工作中主要部位有气室的接头、导管接头，以及阀门、焊缝等的接口等。

检测的仪器一般使用的是卤素检测器，这种检测仪器对SF6有很强的反应，在检测气体时要注意保持环境的干燥。

通过降压法也可以检测SF6是否漏气，特别是需要长期监视GIS运行状况时在工程应用上被广泛使用。

降压法要定期对气室的压力以及温度数据进行记录，过了一段时间后，根据首末的压力以及温度值折算到标准温度下SF6气体的压力，以此计算该时间内的漏气率。

在GIS设备上通常附加装有SF6气体压力表，可以直观定性反应SF6气体是否可能存在泄漏，但不能表征出渗漏的缓慢情况，而降压法可以较好地解决了这个问题。

在实际操作中，经常通过观察SF6气体压力表的变化判定是否可能出现泄漏，用降压法分析渗漏气的趋势。

对于发生漏气检修后的设备或有渗气情况的设备，就通过降压法监测设备SF6泄漏的速度，定量反应设备缺陷的发展趋势，为检修维护提供依据。

当压力降到规定的数值（报警值）时就通过降压法测定设备SF6泄漏的速度，定量反应设备的缺陷状况，以此作为GIS设备状态检修的依据。

1.2 SF6湿度测试我们知道，SF6气体在高纯度时绝缘性能非常出色，但是含有杂质特别是水分时绝缘性能就会急剧下降。

对用SF6气体作为主要绝缘介质的GIS设备来说，对绝缘危害最大的也就是含水量。

控制含水量的主要措施就是高度密封，但在初时安装时仍然会因为工艺带有一些水分，同时运行后随着密封材料老化也会有部分外界水分进入气室，从而使绝缘性能下降影响设备运行，甚至出现闪络破坏引起故障。

一般来说，设备安装时的初始含水量是固定不变的，通过严格的工艺和出厂检测，可以控制到较小的范围以内，对设备的影响基本不会急变。

引起SF6气体含水量动态变化的主要是因为设备绝缘材料老化带来的水分子渗透到气室内部造成的。

外部的水分子的半径一般较小，只有气体的0.71倍，此外大气中的水分子的压力要比设备里的水的压力大很多，所以外部水分子的渗透力很强，也就很容易进入到气体绝缘设备当中去。

随着设备运行年限的增长，密封材质不断老化，密封性能下降，这种危害的可能性也就越来越显现出来。

通常规定，SF6气体在运行时断路器气室的含水量不超过300×10-6，其他气室不超过500×10-6。

检测SF6的湿度可以在停电时进行，也可以带电进行检测。

通过对比二者的检测数据发现带电检测的数据基本上和停电检测的数据是相吻合的。

工程应用上越来越多应用带电检测技术来测量SF6气体设备的微水量，作为是否需要检修的数据依据。

2 GIS中局部放电的检测2.1 电测法（1）耦合电容法。

耦合电容法也叫脉冲电流法，这种方法的结构很简单而且容易实现。

在进行测试的时候，由于采用该种方法不能识别和局放信号混杂一起的噪音信号，所以这种方法常用在一些对测量精度要求不是很高的设备。

（2）超高频法。

超高频法的优越性在于有较高的灵敏度，而且可以精确的对不同的传感器时间差定位，然而这种方法对传感器的要求很高，成本也高。

2.2 非电测法非电测法检测GIS的优势在于可以避免电气的干扰，但是实用性各有优缺点。

（1）超声波监测法。

GIS内部在放电时会产生震动或者声音，因此可以在腔体外安装传感器来测量局放量。

这种方法是目前最成熟的方法，能够抵抗磁性的干扰，但是因为声音信号在SF6中的传输速度很低，而且不同的材料边界会有反射现象，最后导致信号模式复杂且高频衰减很快。

因此，采用该种检测方法的人员要有丰富的经验或者是受过培训的，在现场长期使用传感器比较多，使用很不方便。

（2）化学监测法。

该方法可以在GIS局部引起的气体各成分含量变化的时候来确定局放的程度。

如果GIS内有故障出现，SF6会分解生成SOF2、HF或者其他的低氟化物，使得气室气体成分组成发生变化。

对抽取自GIS中的SF6气体的成分进行检测分析，确定其各种成分的组成和含量，就可以推断出GIS的放电情况，从而判断故障严重程度。

应用动态离子技术，能够对SF6进行分析，是利用不同化合分子在电场中的作用产生离子漂移不同的原理实现的。

对SF6气体漂移的时间和恶化的SF6漂移的时间差，同时测量峰值之间的差，最终得出一个和SF6杂质数量相对的信号，这样来得出污染物的含量。

对污染物的总量进行检测有利于判断SF6设备是否可用，进而制定跟踪计划，预控隐患。

了解SO2、H2S的含量还可以反映SF6设备中故障的位置，在进行检修的时就容易多了。

通过使用检测污染物的总量以及和结合特征物体的方式来判定SF6设备受污染的程度以及故障的位置，就能在线监测气体绝缘状态。

分解物测试的判断标准为：SF6在运行的过程中其含水量以及泄露的标准在电气设备预防性试验中作出了规定，但国内对于分解产物的标准还没有制定，不过IEC 与CIGRE已经有导则和推荐值了。

国际大电网会议中对于SF6的分解浓度建议在为500～2000uL/L，如果在这个范围以上就是超标。

SO2以及H2S含量的指标一般定位在1.0ul/以下，H2S含量不大于0.5ul/l。

但是在实际测试过程中，GIS中含有的吸附剂以及干燥剂会影响测量结果；另外断路器开断的时候产生的电弧也会影响化学方法的检测；还有脉冲放电会产生SF6稀释也会影响测量结果。

（3）光学监测法。

光学监测可以检测到一个光子发射，但是由于射线波容易被SF6吸收，就有可能出现死角。

而且这种方法对于已经确定位置的放电源监测较为有效，但不能准确的对故障定位，加上GIS内壁光滑引起的反射导致其灵敏度不高。

2.3 GIS 局放测试小结（1）GIS在线检测的方法以及超高频法效果最为显著，国内外对这些方法的研究较多。

（2）不同测试方法都有不同的优点和缺点，对于不同的故障类别检测也不同。

在现场进行GIS绝缘检测时综合采用各种方法，能够有效的进行判别和定位。

为了准确测量能够表征局放实际情况的物理参数，在测量前经常要先进行校正试验。

所谓现场试验就是校正试验，是局部放电检测前不可缺少的一个工作环节，不管使用哪一种测试方法，都要对这些方法使用的仪器进行校正，其中最重要的是对被检测的对象进行校正。

校正试验最主要的目的就是找出和检测信号等同的基准即判断检测到的信号的参考基准，即检测信号的幅值是多少MV，如果以PC为单位又相当于多少PC值。

3 GIS局部放电案例分析局放试验由两个部分组成，一部分是检测系统装置试验，另一部分是被测对象检测在内的试验。

主机装置的校正，主要是采用模拟PD信号发生器与传感器给主机装置注入信号，以相同的基准信号对每台主机装置进行校正试验，使其对采集到的信号在同一个基准上进行采样处理，对检测信号大小有一个判断依据。

图1 未注入模拟PD信号时的静态噪声波形图谱被测对象在内的试验是在系统采用的传感器已安装在被测对象上进行的，然后在GIS盆式绝缘子法兰或电缆终端注入模拟PD信号，通过显示装置（比如示波器、频谱仪、PC）观察检测到的信号进行情况，另外在MS母站工控机观察检测的模拟PD信号情况。

如图，220kV变电站在线局放监测系统的试验校正利用频谱仪、示波器、模拟信号发生器、传感器与电脑对各LS进行3个通道的信号增益校对，同时对变电站的现场噪声进行了分析以选择最佳的频率进行监测。

图1至图3为变电站II回出线间隔（GIS设备）试验图，图1为未注入模拟PD信号时的静态噪声波形图谱，图2为A相注入模拟PD信号波形图谱，图3为注入模拟PD信号时电脑图谱上检测的模拟信号图谱。

图2 A相注入模拟PD信号波形图谱图3 注入模拟PD信号时电脑图谱上检测的模拟信号图谱局放信号的分析判断，主要是从五个因素：频率f、相位Φ、频度n、放电量q、时间t来分析判断，从这个软件上可以看到量的大小以及它们之间的关系。

通过这些关系对有可能存在的局放进行分许，综合各方面的情况来确定是不是真正的局放信号。

可以从以下几点进行：1）相位Φ，假设两个信号团的位差在180度甚至以上表明局放的可能性很大；2）频度n，信号脉冲重复率在每秒30次以上，说明局放可能性大；3）放电量q，同一电压下，信号水平一样，表明有局放的可能；4）时间t，信号长时间出现，说明有局放的可能；5）相间比较，相同信号同时出现在三相，说明有外部噪声。

当发生局部发电时，根据局放量的大小进行相应的处理：1～10pc时，可以忽视；10～100pc，加倍注意延长测试时间观察信号变化；100～300pc，变换各种测试手段对信号进行调查，对信号作定位测试；300～1000pc，确认信号原位置，评估信号水平，准备停电，准备更换计划；1000pc以上，立即停止局放测试，尽快停电维修。

4 总结在带电测试过程中，SF6气体检测方法和局部放电检测方法综合应用，互为补充，综合各方面数据进行分析。

（1）要加强对GIS技术的推广，同时积累数据经验作为检测时而定参考依据。

（2）使用GIS 带电来测试SF6 的湿度可以替代停电预试（3）GIS 中MOA 带电测试可代替停电试验。

（4）使用GIS带电测试能够合理的调整试验的规程，而且可以降低停电次数，有利于提高经济效益。

同时要不断的探索GIS设备检修方案，建立信息库以及诊断模式流程，保证设备检测准确。

参考文献：[1]刘卫东，黄瑜珑.GIS局部放电特高频在线检测和定位[J].高压电器，1999（1）.？[2]金立军，张明锐，刘卫东.GIS局部放电故障诊断试验研究[J].电工技术学报，2005（11）.。