GIS局部放電檢測技術(shù)

電能量遠(yuǎn)程集中抄表監(jiān)控系統(tǒng)GIS局部放電檢測技術(shù)工作開展的背景1基本原理2常用局部放電檢測方法簡介3檢測儀器介紹4主要內(nèi)容典型案例5狀態(tài)檢修工作背景長期以來，公司系統(tǒng)電網(wǎng)設(shè)備檢修采用定期檢修和故障檢修相結(jié)合的模式。定期檢修模式建立在以往設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)規(guī)律基礎(chǔ)之上，在多年的生產(chǎn)實(shí)踐中有效地保障了電網(wǎng)的安全運(yùn)行，避免了許多設(shè)備事故的發(fā)生。但隨著技術(shù)進(jìn)步和電網(wǎng)快速發(fā)展，定期檢修方式越來越難以適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展和公司發(fā)展的需要。傳統(tǒng)檢修模式缺點(diǎn)針對性差，存在“小病大治，無病也治”的盲目現(xiàn)象，設(shè)備過修失修現(xiàn)象并存。隨著電網(wǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)大，定期檢修工作量劇增，檢修人員緊缺、停電安排困難問題日益突出。近年來設(shè)備技術(shù)水平和制造質(zhì)量大幅提升，免維護(hù)、少維護(hù)設(shè)備大量應(yīng)用，早期制定的設(shè)備檢修、試驗(yàn)規(guī)程滯后于裝備水平的進(jìn)步。工作開展的背景狀態(tài)檢修定期檢修基于績效管理的檢修策略在設(shè)備狀態(tài)評價(jià)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)、定量地考慮各種類風(fēng)險(xiǎn)因素，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)程度安排檢修方案基于資產(chǎn)全壽命管理的檢修策略基于風(fēng)險(xiǎn)評估的檢修策略在綜合考慮設(shè)備全壽命周期安全、效能、成本指標(biāo)基礎(chǔ)上，確定設(shè)備檢修策略，提高設(shè)備全壽命使用效益。以公司整體績效水平為目標(biāo)，確定設(shè)備檢修的范圍和類型，通過精益化方法，實(shí)現(xiàn)公司整體績效目標(biāo)定期檢修事故后檢修狀態(tài)檢修基于設(shè)備核心指標(biāo)的事故防范檢修狀態(tài)檢修是設(shè)備檢修模式發(fā)展的必然階段，是生產(chǎn)精益化管理的核心內(nèi)容工作開展的背景符合國網(wǎng)公司堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)要求和“三集五大”發(fā)展戰(zhàn)略全面深入推進(jìn)狀態(tài)檢修工作的基礎(chǔ)2007年，國網(wǎng)公司對三大類設(shè)備推行狀態(tài)檢修2010年，推廣至幾乎所有110kV及以上設(shè)備2011年，試點(diǎn)配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修設(shè)備狀態(tài)管理的內(nèi)在要求，資產(chǎn)全壽命周期管理的重要技術(shù)支撐，在電網(wǎng)資產(chǎn)不斷擴(kuò)大的形勢下，電網(wǎng)公司更好實(shí)施電網(wǎng)資產(chǎn)管理的必然選擇。設(shè)備狀態(tài)管理資產(chǎn)全壽命管理狀態(tài)檢修全面推廣堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)三集五大工作開展的背景

局部放電既是絕緣劣化的原因，又是絕緣劣化的先兆和表現(xiàn)形式。與其它絕緣試驗(yàn)相比，局部放電的檢測能夠提前反映電氣設(shè)備的絕緣狀況、及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的絕緣缺陷、預(yù)防潛伏性和突發(fā)性事故的發(fā)生，這種觀點(diǎn)已經(jīng)得到了人們的普遍認(rèn)可。

IEC和我國有關(guān)絕緣試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)均將局部放電試驗(yàn)提到重要地位，作為部分設(shè)備投運(yùn)前必須進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目。對及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣中存在的事故隱患、保障電氣設(shè)備乃至電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。局部放電基本原理發(fā)生局部放電的過程產(chǎn)生電磁波產(chǎn)生超聲波發(fā)生過熱

產(chǎn)生泄漏電流老化初期注意異常破壞絕緣老化的延續(xù)(局部放電)電氣影響機(jī)械影響熱的影響環(huán)境影響發(fā)生TREE發(fā)生龜裂,脫離發(fā)生Void產(chǎn)生臭氧事故發(fā)生過程零件不良,組裝不良,異物,外部沖擊,其他維護(hù)缺陷組裝缺陷,異物,外界沖擊,其他運(yùn)行狀態(tài)的影響磨損,浪涌,熱,鹽堿度,濕度,灰塵,外界沖擊,其他自然老化隨著使用時(shí)間的推移,自然發(fā)生的老化主要事故原因生產(chǎn)及施工缺陷發(fā)生局部放電的原因基本原理局部放電脈沖電流超聲波化學(xué)反應(yīng)發(fā)光電磁波傳統(tǒng)的局放測量/HFCT超聲波檢測法UHF檢測法化學(xué)法光測法局部放電是一種脈沖放電。它會(huì)在電力設(shè)備內(nèi)部和周圍空間產(chǎn)生一系列的光、聲、電氣和機(jī)械振動(dòng)等物理現(xiàn)象和化學(xué)變化。這為監(jiān)測電力設(shè)備內(nèi)部絕緣狀態(tài)提供檢測信號?；驹砭植糠烹娦盘枒?yīng)有的特征局部放電信號應(yīng)與工頻相關(guān)局部放電信號應(yīng)與電壓相關(guān)局部放電信號應(yīng)與設(shè)備相關(guān)基本原理GIS故障的特征GIS故障類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果GIS的絕緣缺陷有一個(gè)共同特點(diǎn)，就是在故障發(fā)生之前，會(huì)產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。特高頻檢測技術(shù)時(shí)間上：放電時(shí)間極短（ns級），并且迅速湮滅頻率上：包含頻率高達(dá)1GHz，因?yàn)镚IS氣室的共振作用，形成多種模式的超高頻諧振電磁波PD信號時(shí)域波形PD信號頻譜GIS局放信號的特征特高頻檢測技術(shù)檢測原理使用超高頻天線檢測設(shè)備內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的電磁波，檢測頻帶300MHz-3000MHzGIS超高頻局部放電檢測特高頻檢測技術(shù)特高頻局部放電檢測及監(jiān)測特高頻檢測技術(shù)傳感器外置式傳感器內(nèi)置式傳感器特高頻檢測技術(shù)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，大多GISUHF局部放電（PD）檢測傳感器為外置傳感器，一類放置于沒有保護(hù)金屬環(huán)GIS盆式絕緣子處（圖1-2），檢測頻帶500MHz-1500MHz（圖1-3）。特高頻檢測技術(shù)另一類放置于帶有保護(hù)金屬環(huán)GIS盆式絕緣子澆注孔處（如圖1-4），根據(jù)電磁波傳播理論，電磁波經(jīng)過一個(gè)縫隙或者孔時(shí)傳播泄露的電磁波信號在頻譜上發(fā)生了較大變化，泄露信號頻譜特性與縫隙的大小具有密切關(guān)系，頻率偏低的部分受到的衰減影響最大，因此檢測頻帶1GHz-3GHz，如圖1-5。特高頻檢測技術(shù)數(shù)據(jù)采集的基本原理檢測時(shí)間段：DAQ將1個(gè)50Hz周期分成64個(gè)檢測時(shí)間段每個(gè)時(shí)間段的長度約為312微秒。峰值俘獲：在每一個(gè)檢測時(shí)間段，檢測儀的超高頻信號峰值俘獲電路，都將本時(shí)間段內(nèi)振幅最強(qiáng)的PD信號峰值保存起來，并對俘獲的信號峰值進(jìn)行數(shù)字化處理；在該50Hz周期結(jié)束的時(shí)候，DAQ軟件從本50Hz周期各個(gè)檢測時(shí)間段俘獲的PD信號峰值中選取最大者保存，并將此PD信號峰值與前面的50Hz周期已記錄的PD信號峰值進(jìn)行比較，保留其中的最大值特高頻檢測技術(shù)數(shù)據(jù)分析信號特征提取、局放信號譜圖是判斷局部放電類型的主要方法。局放檢測儀工作流程特高頻檢測技術(shù)局部放電測量中的干擾分類：1.周期性干擾：⑴連續(xù)的周期性干擾信號：如廣播，電力系統(tǒng)中的載波通訊，手機(jī)通訊，高頻保護(hù)信號，諧波，工頻干擾等等，其波形一般是正弦形。⑵脈沖型周期性干擾信號：例如可控硅整流設(shè)備在可控硅開閉時(shí)產(chǎn)生的脈沖干擾信號。其特點(diǎn)是該脈沖干擾周期性地出現(xiàn)在工頻的某相位上。2.脈沖型隨機(jī)干擾：高壓輸電線的電暈放電，相鄰電氣設(shè)備的內(nèi)部放電，以及雷電，開關(guān)繼電器的斷、合，電焊操作等無規(guī)律的隨機(jī)性干擾。旋轉(zhuǎn)電機(jī)電刷和滑環(huán)間的電弧等特高頻檢測技術(shù)噪聲源特高頻檢測技術(shù)抗干擾技術(shù)傳感器被包裹后信號顯示情況特高頻檢測技術(shù)檢測原理電力設(shè)備內(nèi)發(fā)生局部放電的時(shí)候，同時(shí)會(huì)伴有聲波發(fā)射，使用超聲波傳感器，能夠探測出設(shè)備中的局部放電現(xiàn)象。檢測頻帶：20kHz-200kHz超聲波檢測技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：與被測設(shè)備之間無電氣連接、可以避免多種電氣干擾，聲測法的靈敏度不隨被測物電容量而變化，因而聲學(xué)方法廣泛用于大電容器的檢測，并且聲學(xué)方法通常能指出一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)PD源的位置，定位精度高。缺點(diǎn)：靈敏度低、傳播衰減快、測試范圍小、判別標(biāo)準(zhǔn)比較困難。超聲波檢測技術(shù)不足對某些類型的放電比較敏感，而對有些類型的放電則檢測靈敏度較低。如GIS中：對于移動(dòng)中的顆粒，這個(gè)方法比傳統(tǒng)的局放測量法和UHF優(yōu)越。對檢測來自位于絕緣子上顆粒引起的放電時(shí)，這個(gè)方法還存在一些問題，由于在環(huán)氧樹脂絕緣中超聲信號衰減很大，所以這種方法不能測量環(huán)氧樹脂絕緣中的缺陷（例如氣泡）。變壓器中：內(nèi)部深層次放電反映不敏感，定位及診斷對使用者的要求高超聲波檢測技術(shù)超聲定位的原理和方法信號衰減法通過不斷移動(dòng)超聲傳感器，根據(jù)信號強(qiáng)弱的變化來判斷放電源的位置。AB超聲信號強(qiáng)度變化位置的變化AB超聲波檢測技術(shù)時(shí)差定位法利用超聲波到達(dá)不同傳感器的相對時(shí)間進(jìn)行定位。要對放電源進(jìn)行三維定位，至少需要4個(gè)以上的傳感器接收到有效超聲信號。超聲波檢測技術(shù)大量實(shí)踐證明對于交流變壓器、電抗器、換流變壓器都可以進(jìn)行局部放電超聲波檢測和定位超聲波PD檢測和定位需要注意：1.仔細(xì)搜尋疑似放電信號，傳感器間距小于60cm；2.初步判斷疑似信號性質(zhì)，排除干擾；3.繼續(xù)搜索，尋求最好的信號獲取位置；4.觀察信號一致性，判斷是否存在固定聲源；5.初步定位，給出明確坐標(biāo)，此時(shí)傳感器坐標(biāo)測量務(wù)必準(zhǔn)確；6.對定位點(diǎn)位置進(jìn)一步檢測，獲得精確定位結(jié)果；7.長時(shí)間錄波和回放對換流變定位很重要；8.定位數(shù)據(jù)結(jié)合色譜和變壓器結(jié)構(gòu)往往能得到正確結(jié)論。超聲波檢測技術(shù)典型測量圖譜AIA局放儀超聲波檢測技術(shù)危險(xiǎn)性評估分級:測得的缺陷很易于識別,具有高的幅值，可確認(rèn)為有害的—采取行動(dòng)

不能立即確認(rèn)為有害或無害的—密切跟蹤該缺陷的發(fā)展情況，加強(qiáng)測試的間隔，或等下次有計(jì)劃停電檢修時(shí)打開測得有很小的但不同于背景噪音的信號—進(jìn)行周期性測量跟蹤其發(fā)展GIS是干凈的（無任何可疑信號）—按公司要求，每1-3年測試一次注意：打開GIS意味著極可能引入新的缺陷超聲波檢測技術(shù)局部放電缺陷類型判斷標(biāo)準(zhǔn)局部放電缺陷類型判斷標(biāo)準(zhǔn)局部放電缺陷類型判斷標(biāo)準(zhǔn)局部放電的判斷相位方式:通過放電或碰撞發(fā)生在工頻周期的一、三象限的重要特征，來判斷是否放電。通過特高頻和超聲波兩種方式判斷局部放電。通過局部放電特征圖譜判斷局部放電類型。通過信號峰值、均值來反映局部放電的發(fā)展趨勢。對重復(fù)出現(xiàn)的干擾信號，可以根據(jù)信號的波形特征和工頻相關(guān)性進(jìn)行識別和消除。局部放電缺陷類型判斷標(biāo)準(zhǔn)局部放電的定位

強(qiáng)度定位法：超聲波信號的大小隨距聲源的距離增大而衰減，通過找信號最大點(diǎn)來粗略定位。時(shí)差定位：多個(gè)超聲波傳感器同時(shí)測量，通過對比相鄰傳感器信號時(shí)差，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的放電源定位。局部放電檢測測試步驟檢測前正確安裝儀器各配件，啟動(dòng)設(shè)備并進(jìn)行必要的軟件設(shè)置；開始檢測前應(yīng)自檢儀器；

測試前將儀器調(diào)節(jié)到最小量程，傳感器懸浮于空氣中，測量空間背景噪聲值并記錄；

進(jìn)行檢測圖譜記錄，在必要時(shí)進(jìn)行二維圖譜記錄；

存在與同等條件下同類設(shè)備檢測圖譜有明顯區(qū)別的“異?！被蚓哂械湫途植糠烹姷臋z測圖譜的“缺陷”情況的間隔，應(yīng)進(jìn)行執(zhí)行診斷性檢測。檢測儀器介紹移動(dòng)式局放檢測裝置儀器組成：1、局放主機(jī)

2、500MHz-1500MHz特高頻傳感器3、1GHz-3GHz特高頻傳感器4、超聲波檢測頻段:10kHz-200kHz5、屏蔽裝置6、鋰電池箱7、同軸電纜及電源線8、帶拉桿和滾輪的運(yùn)輸箱檢測儀器介紹移動(dòng)式局放檢測裝置綜合采用超聲波和電磁波檢測技術(shù)，可以對高壓設(shè)備進(jìn)行快速、實(shí)時(shí)的局放檢測。u三種檢測方式：

1）連續(xù)測量(局放信號幅值、放電次數(shù)、放電相位)2）原始波形(單個(gè)或多個(gè)工頻周期的信號脈沖圖)3）相位模式(放電幅值與相位的對應(yīng)關(guān)系)u兩種特高頻傳感器技術(shù)：采用500MHz-1500MHz特高頻傳感器進(jìn)行傳統(tǒng)局放檢測，采用1GHz-3GHz特高頻傳感器進(jìn)行盆式絕緣子外沿金屬帶開孔的GIS局放檢測；u具有屏蔽裝置，可抑制變電站內(nèi)的電磁波干擾信號，保證GIS特高頻局部放電檢測的準(zhǔn)確性；具有大容量鋰電池，可在無外接電源情況下連續(xù)工作6小時(shí)以上，6小時(shí)以上，適合長時(shí)間現(xiàn)場移動(dòng)式檢測；具有加固的拉桿和滾輪的運(yùn)輸箱，堅(jiān)固耐用，適合現(xiàn)場移動(dòng)測量。

特高頻傳感器

檢測信號帶寬：500MHz~1500MHz；檢測信號動(dòng)態(tài)范圍：60db

檢測靈敏度：-65dbm

輸出阻抗：50歐姆。輸出接頭：N-Type連接安裝方式：GIS外置方式應(yīng)用于無金屬封閉的組合電器的局部放電檢測.檢測儀器介紹特高頻傳感器

檢測信號帶寬：1~3GHz；檢測信號動(dòng)態(tài)范圍：60db

檢測靈敏度：-90dbm

輸出阻抗：50歐姆。輸出接頭：SMA連接安裝方式：GIS外置方式應(yīng)用于帶金屬封閉罩組合電器的局部放電檢測檢測儀器介紹超聲波傳感器頻率帶寬

：10~100KHz；諧振頻率：40KHz靈敏度：80dB前置放大器：40dB

信號輸出幅值：0~+5VDC

輸出阻抗：50歐姆。電源電壓：+24VDC<100mA

輸出接頭：N-Type連接安裝方式：GIS外置方式檢測儀器介紹典型圖譜尖端放電高電位接觸不良絕緣子顆粒

檢測儀器介紹狀態(tài)檢測技術(shù)的運(yùn)用原則“大膽”與“謹(jǐn)慎”并存大膽引進(jìn)研究先進(jìn)的檢測技術(shù)謹(jǐn)慎評價(jià)實(shí)用價(jià)值，成熟后推廣“效率”與“效果”并重現(xiàn)場普測解決效率問題專家精確診斷解決效果問題“多管齊下，萬無一失”采用多種檢測手段對同一缺陷檢測多因子診斷，提高診斷準(zhǔn)確性帶電檢測為主、兼顧在線監(jiān)測帶電檢測便捷、經(jīng)濟(jì)、不影響主設(shè)備健康狀況不好或重要資產(chǎn)在線監(jiān)測典型應(yīng)用超高頻法在GIS中的應(yīng)用超高頻法在變壓器中的應(yīng)用典型應(yīng)用絕緣子外法蘭緊固螺栓松動(dòng)造成懸浮放電測量地點(diǎn)：500kV濟(jì)源變220kVGIS測量時(shí)間：2015-5-20測試前，對加裝屏蔽裝置和不加裝屏蔽裝置進(jìn)行對比。不加裝屏蔽裝置時(shí)，檢測信號如圖3（a）；加裝屏蔽裝置后如圖3（b）。圖3屏蔽裝置前后測試圖譜

典型應(yīng)用絕緣子外法蘭緊固螺栓松動(dòng)造成懸浮放電在充分屏蔽條件下，220kV東母北PT附近的母線上的相鄰的兩個(gè)盆式絕緣子測試到疑似放電信號，圖4為PT北側(cè)圖譜，圖5為PT南側(cè)圖譜。圖4北側(cè)母線上的盆式絕緣子處測試圖譜典型應(yīng)用絕緣子外法蘭緊固螺栓松動(dòng)造成懸浮放電圖5南側(cè)母線上的盆式絕緣子處測試圖譜

根據(jù)圖4、5圖譜，放電特征比較明顯。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)220kV東母北PT北側(cè)母線上的盆式絕緣子處的法蘭的緊固螺栓松動(dòng)造成懸浮放電。

典型應(yīng)用絕緣子外法蘭緊固螺栓松動(dòng)造成懸浮放電現(xiàn)場測試照片

典型應(yīng)用1000kV安吉變GIS局部放電帶電檢測測量地點(diǎn)：1000kV安吉變電站1000kV側(cè)HGIS（安塘I線TO6367）測量時(shí)間：2015-7-28檢測結(jié)果：未檢出局部放電信號加裝屏蔽前后檢測信號如圖7（a）、7（b），圖8為現(xiàn)場測試照片。圖7加裝屏蔽前后檢測信號圖譜圖8現(xiàn)場測試照片典型應(yīng)用1000kV南陽變GIS局放帶電檢測測量地點(diǎn)：1000kV南陽變1000kV側(cè)HGIS測量時(shí)間：2014-11-10檢測結(jié)果：未檢出局部放電信號加裝