gis局置線檢測(cè)方法的對(duì)比與應(yīng)用

gis局置線檢測(cè)方法的對(duì)比與應(yīng)用

20世紀(jì)80年代，上海電網(wǎng)開(kāi)始運(yùn)營(yíng)第一個(gè)gis（氣體隔離、封閉組合裝置）設(shè)備。隨著設(shè)備服役時(shí)間的增長(zhǎng)及新GIS設(shè)備的不斷投運(yùn),GIS設(shè)備的故障次數(shù)呈逐步上升趨勢(shì)。對(duì)運(yùn)行中GIS設(shè)備的絕緣性能進(jìn)行跟蹤檢測(cè)是進(jìn)行GIS狀態(tài)檢修風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要手段。影響GIS設(shè)備絕緣狀況的主要因素有:氣室內(nèi)導(dǎo)電體上和金屬外殼上的異常突起;氣室內(nèi)自由金屬顆粒;固體絕緣內(nèi)部的空隙和缺陷;電動(dòng)和機(jī)械力造成的氣室內(nèi)零配件的松動(dòng);SF6氣體中含有水份等。局部放電是反映GIS設(shè)備絕緣性能的重要參數(shù)之一,它隱含了GIS設(shè)備絕緣劣化的征兆和表現(xiàn)形式。目前,國(guó)內(nèi)廣泛采用超高頻和超聲波局部放電測(cè)量技術(shù)檢測(cè)GIS設(shè)備局放?，F(xiàn)場(chǎng)局部放電的檢測(cè)希望得到以下幾個(gè)結(jié)果:①GIS設(shè)備內(nèi)是否有局部放電存在;②局部放電的具體位置;③局部放電的類型;④局部放電的視在放電量;⑤GIS缺陷的嚴(yán)重程度,對(duì)運(yùn)行安全性的危害程度,及應(yīng)該采取的措施。上海市電力公司從2004年起就開(kāi)展了對(duì)GIS設(shè)備局放的普查,對(duì)有疑似局放現(xiàn)象的GIS設(shè)備采用超高頻法以及超聲波法進(jìn)行局放定位。實(shí)踐表明,局放測(cè)量技術(shù)有效彌補(bǔ)了目前GIS設(shè)備檢測(cè)方法的不足,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和避免了GIS設(shè)備故障的發(fā)生,保障了GIS設(shè)備的安全運(yùn)行。1檢測(cè)原理和定位技術(shù)1.1超聲檢測(cè)的基本原理超聲波法的使用歷史最長(zhǎng),其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備使用簡(jiǎn)便、技術(shù)相對(duì)成熟、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)比較豐富,超聲波信號(hào)抗電磁干擾的能力比較強(qiáng),此外,通過(guò)對(duì)各氣室的逐個(gè)測(cè)量,比較信號(hào)的幅值可以定位到缺陷發(fā)生的腔體甚至精確到厘米范圍內(nèi)。超聲波法通過(guò)測(cè)量多個(gè)不同位置的超聲傳感器所測(cè)得的時(shí)延,利用空間幾何方法計(jì)算出局部放電源的位置,實(shí)現(xiàn)絕緣缺陷的準(zhǔn)確定位。具有抗電氣干擾能力強(qiáng),定位精確度高的優(yōu)點(diǎn)。但易受現(xiàn)場(chǎng)周圍環(huán)境的影響,特別是設(shè)備本身如果產(chǎn)生一定的機(jī)械振動(dòng),會(huì)使超聲檢測(cè)產(chǎn)生較大的誤差。而且由于超聲傳感器檢測(cè)有效范圍較小,在局部放電定位時(shí),需對(duì)GIS進(jìn)行逐點(diǎn)檢測(cè),工作量非常大,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較為不便。1.2基于超高頻的局部放電檢測(cè)是在UHF(0.3～3GHz)頻段內(nèi)選擇合適的頻段進(jìn)行局部放電的電磁波信號(hào)檢測(cè)。GIS設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的干擾源主要為架空線和變電站母線上的電暈放電、導(dǎo)體接觸不良產(chǎn)生的電弧放電、站內(nèi)可控硅產(chǎn)生的強(qiáng)電脈沖、其他設(shè)備內(nèi)部的放電、無(wú)線電波、載波通訊、系統(tǒng)內(nèi)開(kāi)關(guān)動(dòng)作等。研究表明,這些干擾主要集中在300MHz以下頻段,而在300MHz以上頻段的衰減很快,并且很容易被屏蔽。選擇超高頻段的電磁信號(hào)作為檢測(cè)信號(hào),可以避開(kāi)常規(guī)電氣測(cè)試方法中難以識(shí)別的電力系統(tǒng)干擾,顯著提高局部放電檢測(cè)的信噪比。近年來(lái),超高頻法已成為GIS局部放電在線檢測(cè)的主要方式,并得到了實(shí)際應(yīng)用。目前超高頻法的檢測(cè)仍然存在的問(wèn)題:GIS設(shè)備的故障類型千差萬(wàn)別,不同類型缺陷的放電特征可能存在很大的差異。GIS內(nèi)不同的局部放電類型,其在超高頻檢波波形、工頻相位分布、超高頻信號(hào)的頻譜特征、常規(guī)局放量等特征方面是有所不同的,而多數(shù)研究只是利用其中某一方面的特征進(jìn)行。UHF法是根據(jù)電磁波傳播速度和不同傳感器接收到同一放電源的信號(hào)時(shí)間差計(jì)算局部放電源的位置,實(shí)現(xiàn)絕緣缺陷定位。UHF法的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單、運(yùn)用方便、定位較為準(zhǔn)確。由于所測(cè)信號(hào)的時(shí)差在ns級(jí),不僅需要測(cè)量設(shè)備具有很高的采樣率和頻寬,還要求被測(cè)信號(hào)的起始脈沖清晰,以讀取信號(hào)的起始時(shí)間。由于GIS中盆式絕緣子通常是環(huán)氧樹(shù)脂材料,對(duì)電磁波信號(hào)的衰減較小,因此,UHF定位法得到了廣泛應(yīng)用。2hf法局部放電基本原理UHF法與超聲法兩種方法具有互補(bǔ)特性,采用聲電聯(lián)合法技術(shù)可實(shí)現(xiàn)GIS局部放電在線檢測(cè)。聲電聯(lián)合法既具有UHF法不受設(shè)備機(jī)械振動(dòng)等環(huán)境影響、定位快速的特性,又具備了超聲的抗電氣干擾能力強(qiáng)、定位準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。聲電聯(lián)合法檢測(cè)GIS局部放電基本原理如圖1所示。聲電聯(lián)合定位法的基本思想是先采用UHF法對(duì)GIS局部放電進(jìn)行初步定位分析,確定局部放電的大致范圍,然后再采用UHF法和超聲法聯(lián)合進(jìn)行定位分析,實(shí)現(xiàn)絕緣缺陷的精確定位。3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用(1)局部放電定位分析GIS局部放電在線檢測(cè)判斷,絕緣缺陷較為嚴(yán)重,局部放電類型為金屬懸浮電極類型放電,建議盡快進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。將檢測(cè)的局部放電信號(hào)展開(kāi),利用超高頻信號(hào)(傳播速度為光速)與超聲信號(hào)(在SF6中的傳播速度約140m/s)之間的時(shí)間差可進(jìn)行局部放電定位分析,如圖2(b)所示,根據(jù)時(shí)差法可確定缺陷為靠近外壁不超過(guò)5cm范圍內(nèi)。在對(duì)經(jīng)局部放電定位確定的GIS故障部分進(jìn)行停運(yùn)和拆卸檢修后,發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)觸頭部位螺帽與墊片脫落,掉在隔離絕緣子上,如圖2(b)所示。(2)局部放電檢測(cè)GIS存在局部放電信號(hào)。經(jīng)UHF定位法初步確定為2號(hào)主變4段母線C相附近區(qū)域,采用聲電聯(lián)合法進(jìn)行進(jìn)一步定位分析,將一個(gè)UHF傳感器放置在4段母線C相GIS氣室附近,再將兩個(gè)超聲傳感器固定在GIS氣室外壁上,如圖3(a)所示,檢測(cè)信號(hào)如圖3(b)。超聲傳感器1信號(hào)時(shí)延為12μs左右,超前于超聲傳感器2信號(hào)。為進(jìn)一步確定局部放電源的位置,將傳感器2移動(dòng)到傳感器1的上方,如圖3(c)所示。此時(shí),超聲傳感器2的時(shí)延為7μs左右,超前于超聲傳感器1的信號(hào)。經(jīng)便攜式局部放電檢測(cè)系統(tǒng)定位和絕緣故障分析,局部放電源位于距傳感器2所在腔壁靠近外壁不超過(guò)4cm范圍,判斷為金屬懸浮電位類的絕緣故障。在對(duì)經(jīng)局部放電定位確定的GIS故障部分進(jìn)行停運(yùn)和拆卸檢修后,發(fā)現(xiàn)該處轉(zhuǎn)角處絕緣子安裝位置不對(duì),導(dǎo)致懸浮放電,該絕緣子的一個(gè)支撐腳處已出現(xiàn)較為明顯的放電痕跡。4uhf信號(hào)干擾(1)注意排除干擾,確保檢測(cè)質(zhì)量。在某變電站測(cè)量220kVGIS設(shè)備時(shí),發(fā)現(xiàn)在UHF檢波信號(hào)每個(gè)周波的固定位置均出現(xiàn)低幅值的脈沖簇群,其幅值較小,最大值為200～300mV。使用高速示波器觀察UHF原始信號(hào),經(jīng)超高頻定位發(fā)現(xiàn)當(dāng)UHF傳感器貼近到地表上的某一個(gè)位置時(shí),會(huì)出現(xiàn)極大的信號(hào)反應(yīng)(波形見(jiàn)如圖4)。在電纜層發(fā)現(xiàn),GIS地表檢測(cè)到大信號(hào)的地方,對(duì)應(yīng)為電纜層天花板的日光燈位置,懷疑該信號(hào)來(lái)自日光燈,在燈關(guān)閉后,上述信號(hào)立即消失,以此判斷該信號(hào)為日光燈干擾。(2)建議每次測(cè)量時(shí)對(duì)設(shè)備型號(hào)、運(yùn)行方式、測(cè)量數(shù)值等作詳細(xì)記錄,以便比較,作出綜合分析。(3)如果發(fā)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)有疑問(wèn)或不良時(shí),可以結(jié)合GIS內(nèi)部SF6氣體快速檢測(cè)進(jìn)行綜合分析以確定設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。目前采用的GIS內(nèi)部氣體試紙分析法就是一種比較靈活、快速、簡(jiǎn)潔的有效手段。5局部放電和缺陷類型的uhf-超聲聯(lián)合定位算法(1)超聲波法與超高頻法可有效檢測(cè)運(yùn)行GIS設(shè)備的局放,彌補(bǔ)了GIS設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)的不足。(2)聲電聯(lián)合法通過(guò)同時(shí)檢測(cè)局部放電信號(hào)的UHF信號(hào)和超聲信號(hào),對(duì)兩種信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析,能更加有效地排除現(xiàn)場(chǎng)干擾,提高局部放電和缺陷類型識(shí)別的準(zhǔn)確性。(3)采用聲電聯(lián)合定位法進(jìn)行絕緣缺陷