带电检测技术在GIS缺陷检测中的应用

摘要：介绍了目前常用的GIS带电检测技术手段及检测方法，给出了一种精确缺陷定位方法。结合利用带电检测技术发现的500kVHGIS设备潜伏性缺陷的典型案例，对特高频及超声波检测、气体成分分析、红外热像检测、声电联合定位技术等带电检测技术手段的实际应用进行了详细分析，通过解体验证了综合检测手段的有效性和检测结果的正确性。

关键词：带电检测；GIS缺陷检测；应用

GIS设备的安全运行对电力系统的稳定至关重要，一旦发生故障，将引起所辖局部地区乃至全部地区停电事故，GIS在设备制造、运输、安装、运行等环节均有可能产生安全隐患，造成绝缘缺陷。通过局部放电带电检测发现GIS的绝缘缺陷是一种科学有效的方法，相比停电试验能够有效地发现其内部早期的绝缘缺陷，并能对缺陷点进行定位，以指导检修，提高GIS的可靠性。带电检测技术在不停电条件下可掌握设备的运行状态，能避免故障的发生，减少事故率，降低设备检修成本。

1、常用局部放电带电检测技术简述

目前，现场经常采用的GIS局部放电带电检测方法主要有特高频局部放电带电检测、超声波局部放电带电检测、SF1气体成分分析、红外热成像检测。

1.1特高频局部放电带电检测

当GIS设备内部存在局部放电时，击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流，其上升时间小于1ns，并激发出频率高达300-3000MHz的特高频电磁波信号。GIS的同轴结构相当十一个良好的波导，特高频电磁波信号在其内部传播时衰减很小，在经过盆式絕缘子等非金属连接部位时，特高频电磁波信号会向外传播。特高频局部放电带电检测就是根据局部放电所激发的电磁波的这些特性，利用内置或外置的特高频传感器来接收电磁波信号并对其进行分析，从而判断缺陷类型和进行缺陷定位。

1.2超声波局部放电带电检测

当GIS设备内部存在放电或振动缺陷时，会产生冲击的声波或振动，以球面波的形式向外传播，把频率在20-100kH，的声波称为超声波，超声波信号通过壳体向外传播，超声波局部放电带电检测就是通过放置在GIS壳体上的压敏传感器接收传播到壳体上的超声波信号，再通过对声信号的分析判断来诊断GIS内部是否发生了局部放电或异常振动缺陷，并实现放电或异常振动缺陷的定位。

13气体成分分析

当GIS设备内部存在放电或过热缺陷时，放电及过热产生的能量会导致SF6气体发生分解，产生S02，H2S，CO等分解产物，不同的缺陷类型其分解产物有一定差别，通过采用SF6气体分解产物分析设备对SF6气体进行检测，来诊断GIS设备内部放电或过热缺陷。

1.4红外热像检测技术

任何物体由于其自身分子的运动，不停地向外辐射红外热能，从而在物体表面形成一定的温度场，俗称“热像”。电力设备故障发热时也会发射红外线，并形成热像。红外热像检测技术是通过吸收这种红外辐射能量，测出电力设备表面的温度及温度场的分布，从而判断设备发热情况。

1.5缺陷定位技术

缺陷定位技术主要包括幅值定位和时延定位。幅值定位主要是利用特高频及超声波信号的衰减作用，距离放电源越近的传感器检测到的信号越强，但由于特高频信号在GIS腔体中衰减较小，因此采用特高频幅值定位时定位精度较差，往往只能将缺陷定位到某一个间隔或气室。时延定位技术是根据所测信号的时间差与被测信号的传播速度的乘积来计算放电源到传感器的距离，时延定位又可分为电电联合定位、声声联合定位以及声电联合定位技术，当能同时检测到特高频及超声波信号时，可采用声电联合定位法进行放电源定位。

2、典型缺陷特征研究应用

2.1尖端放电

对于高压导体上的尖端，电源电压升至30kV时，尖端起始放电，视在放电量约为10pC，随着电压升高，局放量有所增加，但最终会局限在一个范围内，直至击穿。可以看出，尖端放电信号的极性效应非常明显，通常在工频相位的负半周出现，放电信号强度较弱且相位分布较宽，放电次数较多。但较高电压等级下另一个半周也可能出现放电信号，幅值更高且位分布较窄，放电次数较少。对于外壳上的尖端，图谱正好相反。

2.2悬浮电位放电

对于悬浮电位体缺陷，电源电压升至57kV时，悬浮电位体开始放电，视在放电量约为5000pC，随着电压升高，局放量增加缓慢，最终会局限在一个范围内，直至击穿。悬浮电位放电起始电压比较高，一旦开始，局放量就比较大，测试到放电信号通常在工频相位的正、负半周均会出现，且具有一定对称性，放电信号幅值很大且相邻放电信号时间间隔基本一致，放电次数少，放电重复率较低。

2.4气隙放电

对于气隙放电，电源电压升至36kV时，固体绝缘介质内气隙开始放电，视在放电量约为58pC，随着电压升高，局放量有所增加，直至击穿，气隙放电信号的放电次数少，周期重复性低。放电幅值较分散，但放电相位较稳定，在正、负半周均有放电信号，无明显极性效应。

结束语：

设计和研制了5种GIS设备典型缺陷，包括4种典型绝缘缺陷和1种电接触不良导致的机械振动缺陷。在此基础上设计并建设了GIS带电检测缺陷模拟平台，平台通过内置特高频传感器和安装盆式绝缘子，可以进行特高频信号检测。同时平台通过高压出线套管模拟GIS变电站电缆出线结构，可用来开展电缆缺陷模拟和电缆局放带电检测等研究。开展4种典型绝缘缺陷的特征实验研究，获得了相应放电图谱及其特征，可指导GIS带电检测现场异常信号类型的判定。平台能够真实模拟变电站运行工况、复杂电磁环境下各种设备典型缺陷，能开展GIS设备状态监测技术的研究开发、技能培训、仪器校验与比对等工作。

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