GIS局部放电检测办法

封闭式气体绝缘组合电器（GIS）内部由于制造时出现毛刺、安装运输时部件松动或接触不良引起浮电位、运行中绝缘老化等各种情况下都有可能出现自由金属微粒等原因，有可能出现显著的局部放电。长期的局部放电使绝缘的劣化损伤逐步扩大，甚至可使整个绝缘击穿或沿表面闪络。这种情况会造成电力设备运行时出现故障以至停电，其直接损失和间接损失相当严重。由此可见，有关GIS局部放电诊断方法的研究，检测GIS的局部放电量，对确保GIS的绝缘是非常重要的。

由于GIS本身是一个完整的封闭体，所测量的局部放电又是处在相对较强的干扰背景环境下，且局放源本身又存在各种各样的状态，以及局放信号的随机性，对GIS局部放电测量，制定详细统一的规则和标准就需要做相当多的工作。

对局部放电研究的结果表明，在各种局部放电情况下，具有非常快的上升前沿的局部放电脉冲激励的电磁波在GIS气室传播，这样也会使GIS外壳上产生流动的电磁波，使在其使接地线上有高频放电脉冲电流流过，从而使外壳对地呈现高频电压并向周围空间传播。同时，微小的火花和电晕放电时紧跟着有离子化气体通道的扩展，而且还会使通道气体压力骤增，在GIS内部气体中产生纵波或超声波这就产生了声波，并在金属外壳上出现各种声波。另外，局部放电也可导致SF6气体分解或发光，伴随着被激励的分子的发光及化学反应产物。因此，局部放电发生时会有物理的、化学的、电的效应。原理上讲，任何一种现象都可用来揭示局部放电现象。局部放电检测的研究手段，也就出现了电的方法和非电的方法。目前，国内外检测GIS局部放电的主要方法有以下几种。

(1)光检测法
GIS局部放电是在电场较为集中的局部使SF6原子发生游离，游离后的离子又会复合，复合会以光子的形式释放能量。根据气体放电理论，在此过程中离子的复合会激发出不同频率的光谱成分，因此，可用安装在GIS内部的光传感器(如光电二极管、光电二极管或光电倍增管等)进行光测量来检测PD信号。由于SF6气体的光吸收能力随着气体密度的增大而提高，GIS内壁光滑而引起的反射会带来影响，以及会出现检测“死角”，所以采用这种方法的准确性较低。另外，对实际GIS因有许多气室，所以需要大量传感器，检测的成本高，因此这种方法不适合对已投运的GIS进行PD在线监测。

(2)化学检测法
在GIS内部放电的作用下，部分SF6气体会发生分解，在分解物中SOF2和F2为两个重要的中间分解物。通过检测装置从高压电气设备中提取一定体积的SF6气体，分别通过SO2、HF检测管，这些分解物会在检测管中起化学反应，并改变颜色。可根据变色柱的长短，测量出SF6气体中SO2和HF的浓度。据此可判断GIS内部放电状况的严重程度。

化学检测法存在的问题是：a.试验统计分析表明，对自由微粒引起的局放灵敏性比固定微粒测量效果差得多。b.GIS中的吸附剂和干燥剂可能会严重影响化学方法测量的准确性。c.短脉冲放电不一定产生足够的分解物。d.一次试验需要做多种分解物的气相色谱试验和红外谱图分析。e.还有断路器动作时产生的电弧亦会影响测量。

(3)振动检测法
采用压电式传感器或超声波传感器接收局部放电产生的振动信号，也能达到检测GIS内部局部放电的目的。

GIS局部放电会产生声波，其类型包括纵波、横波和表面波。气体和液体中只传播纵波，固体中传播的声波除纵波外还有横波。故在GIS中沿SF6气体传播的声波和在变压器油中一样只有纵波，但其传播速度很慢，只有油的十分之一，同时，传播衰减也较快。

由于在运行现场由于机械噪声严重，振动法的灵敏度显著降低甚至无法进行检测。因此，总的来说利用振动法检测局部放电有一定的局限性。

(4)电气检测法
(a)外壳电极法
80年代由日本研制，其结构是在GIS外壳上敷设绝缘薄膜和金属电极，外壳与金属电极间构成一个电容，可将高频放电信号藕合至检测阻抗上，该阻抗上的信号可经放大最终得到GIS局部放电水平。这种方法的原理与传统的局部放电检测方法类似，优点是检测灵敏度高，结构简单、较为实用，但其致命缺点是易受外界干扰，特别是电网中自然存在的各种脉冲型信号(如电网中的电晕干扰等)的干扰。

(b)内部电极法
1988年在英国研制出来，该方法是在法兰内部加装金属电极，该电极与外壳构成耦合电容，以此电容传感器提取局部放电的脉冲信号。采用多个电容传感器，由GIS局部放电信号到达不同位置传感器的时间差确定放电点，从而实现对局部放电的定位。
另一种内部电极法，是在盆式绝缘子内靠近接地端预先埋设一个电极。此法其实就是内部天线法，其信号也是超高频信号。优点是抗干扰性能好、灵敏度高，可检测出5pC的局部放电。内电极只能在厂家生产过程中预先埋设，现场安装往往不易实现。

(c)外接电流传感器检测法
当GIS内部产生局部放电时，接地线上有高频电流通过，因此可利用带有铁淦氧等磁芯材料的罗可夫斯基线圈作为传感器，来测量此高频信号。优点是精心制作的传感器可以在很宽的频率范围内保持很好的传输特性，但地线需穿过线圈，给现场使用带来了不便，最小检测量为100pC。

(5)超声波法
采用超声波传感器接收局部放电产生的振动信号，也能达到检测GIS设备内部局部放电的目的。利用超声信号对G工S设备局部放电进行故障诊断的方法主要分三个步骤：(a)用带通滤波器除去设备自身的振动信号和周围干扰信号的低频成分，以及电气干扰信号的高频成分；(b)进行输入信号的基准值判断，将某一定数值以上的信号作为干扰信号除去；(c)进行与试验电源同期的脉冲调制，对波形的绝对值进行平均化处理，调整其周期性，局放信号具有明显周期性，而干扰信号波形是无周期的，以此将二者区分开。

超声法的优点是：(a)传感器与GIS设备的电气回路无任何联系，不用考虑电气方面的干扰。(b)可实现局部放电的定位。由于超声波在气体内传播过程中，衰减速度很快，超声波在传播GIS设备腔体连接处的绝缘子时，信号几乎衰减为0，因此，采用一个超声传感器，即可对局部放电进行定位。

超声法的缺点是：(a)难以依据超声信号的幅值表征局部放电的严重程度。超声信号与视在放电量或实际放电量之间的关系难以确定，难以依据超声信号幅值来表征设备绝缘状况。(b)由于超声信号衰减快，所以超声法检测范围小，检测点多，检测效率低。(c)对于高压导体附近的局部放电故障灵敏度低，一般只能检测50pC以上的放电。(d)抗机械振动干扰能力差，尤其是现场自然风对超声检测干扰很大。

超声法的适用范围：GIS设备中放电量较大的局部放电信号的检测与定位。对于GIS设备比较密集或高度比较高的设备，操作不方便，甚至无法检测。

(6)特高频法
特高频法(ultra-high frequency简称UHF)就是利用GIS局部放电辐射出的超高频电磁波信号进行检测的一种方法。

当GIS内部发生局部放电时，能激励起1GHz以上的特高频电磁信号。由于GIS具有同轴谐振腔结构，使得特高频电磁波信号在GIS内部传播时衰减较小，因此可以方便的用特高频探头接收。由于GIS外壳良好的屏蔽作用，外部信号很难进入GIS内部；由于GIS多处装有盆式绝缘子，这些绝缘子均为非铁磁材料，可以透射超高频电磁波信号，当GIS设备局部放电产生的电磁波沿金属轴(筒)传播时，部分信号可通过绝缘子向外辐射，通过无线检测方式即可接收到这些从GIS设备内部传出的放电信号。

与传统局部放电测量方法相比，UHF法具有其独特的抗干扰特性。研究认为，GIS设备以外的干扰信号，其频谱范围较GIS设备内的局部放电信号要窄得多，一般认为频率在500MHz以下，信号在传播过程中衰减很快，几乎对GIS设备局部放电测量装置不构成影响。可以利用特高频传感器接收其中500-3000MHz的特高频信号进行检测，利用一个加有500MHz的高通滤波器的特高频放大器就可解决干扰问题，从而提高局部放电检测的信噪比。

特高频法具有以下特点：(a)传感器接收UHF频段信号，避开了电网中主要电磁干扰的频率，具有良好的抗电磁干扰能力；(b)根据电磁脉冲信号在GIS内部传播具有衰减的特点，利用传感器接收信号的时差，可进行故障定位；(c)根据放电脉冲的波形特征和UHF信号的频谱特征，可进行故障类型诊断；(d)UHF传感器相对于振动检测法而言，其局部放电有效检测范围大，因此需要安装传感器的检测点少。

总的看来，超声波检测法、光检测法、化学法以及传统的电测法均不太适合或目前还未开展局部放电的在线监测，而UHF法抗干扰能力强，在GIS PD在线监测中具有很好的应用前景。