浅析GIS局部放电检测方法

浅析GIS局部放电检测方法

孙锴何仲豪

（国网陕西省电力公司检修公司710065）

摘要：本文先介绍了GIS局部放电检测方法的分类、然后分析了GIS局部放电超声波检测法的优势、发展现状以及要求。

关键词：GIS局部放电；检测方法；超声波检测法

1.GIS局部放电检测方法的分类

气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）有占地面积小、运行可靠性高、维护周期长等优点，近年来成为电力系统广范使用的重要电气设备之一。然而GIS也会出现故障，故障的主要原因在于设备发生局部放电而造成的绝缘损坏，因此，对设备进行局部放电检测成为评定绝缘状态的重要手段。通过局部放电检测可以及时发现GIS在加工和装配过程中对绝缘造成的损伤，这就可以保证其质量符合相关技术要求。同时局部放电检测也是GIS在安装完毕和正常运行中的必试项目之一，可以及时地发现运输、安装及运行过程中产生的各种缺陷并加以排除。本文对几种常用局部放电检测方法进行对比分析，来验证超声波检测法是适合使用测试方法，它既方便又灵敏。

现有的局部放电检测方法有电测法和非电测法这两种，电测法主要包括高频法、超高频法、甚高频法、脉冲电流法；非电测法大致包括声测法、光测法、化学法，而其中声测法根据检测用的声学传感器的不同种类又分为振动法和超声波法。目前，脉冲电流法、超声波检测法和超高频检测法，这三种方法是最为常用的。脉冲电流法能做到对局部放电水平定量测量，但是却很难解决抗干扰的问题，所以这种方法主要适用于实验室测量。目前脉冲电流法能达到的灵敏度大约为5PC，显而易见这样的灵敏度不能有效检测像绝缘表面颗粒这样的缺陷，所以其检测灵敏度还有待提高。超高频检测法检测系统的频率范围为0.3-3GHz。因为外部电晕的频率一般小于200MHz，因此电晕放电也就不会影响到超高频局部放电检测。超高频检测法检测信号一般是通过内置传感器或外置传感器进行信号采集的，所以只有提高传感器设备的可靠性才能保障超高频检测法的有效性。另外，超高频检测法通过结合宽带数字存储显示器，在已知两个传感器之间距离的情况下，就可以进行故障的定位，这是超高频检测法最大的优点。

2GIS局部放电超声波检测法

2.1GIS局部放电超声波检测法的优势

相比之下，超声波检测法不需要预先在GIS内安装传感器，是可以实现直接在GIS的外壳上安装的，同时也可以采用手持传感器沿着GIS移动，逐点地寻找故障源。跟超高频检测法相比来说，超声波检测法一定程度上降低了对传感器的要求，方便了运行工作人员对设备的维护，而且在抗外部干扰能力方面，超声波检测法还可以通过设置触发阈值、触发方式、信号频带等方式来提高自己的性能。此外，在检测灵敏度这一方面，超声波检测法几乎能满足所有常见故障类型的检测，特别是对于自由移动颗粒来说，超声波检测法的灵敏度比其他方法都要高一点，从这一个方面来说GIS局部放电超声波检测法是有绝对优势的。

超声波检测法对GIS的运行没有任何影响，不仅如此，超声波检测法还能对局部放电源进行类型识别和故障定位，所以它在GIS局部放电检测中的应用是最广的。综上所述，脉冲电流法的灵敏度很高，但是却只能应用于实验室，而超高频检测法需要在设备生产制造时内置有一定测量精度的传感器才行，超高频检测法适合于对设备长期连续地监测，然而超声波检测法在检测绝缘故障比率最大的自由移动颗粒时，有着比其他检测方法要高的灵敏度，超声波检测法使用方便，更适合于带电巡检和短期在线监测任务，由此可见超声波检测法是应用最广、测量最有效的方法。

局部放电超声波检测法有着较宽的检测频带，一般在20-200kHz。该检测方法是一种非侵入式的检测方法，换句话说就是检测系统与高压回路之间没有电气联系，所以超声波法可以从本质上避免电磁信号的影响，有着良好的抗干扰能力和较高的灵敏度。另外，局部放电超声波检测可以实现在不影响设备运行的情况下也能进行检测，还能够实现局部放电源的定位。超声波检测方法在金属探伤等领域已然得到了广泛的应用。近些年来，局部放电超声波检测法逐步应用于电力设备局部放电检测，而且是作为状态检修的重要手段，在电力变压器、电抗器、GIS、电力电缆、开关柜等电力设备的局部放电检测中发挥着重要的作用。

2.2GIS局部放电超声波检测法的发展现状

因为局部放电超声波检测技术起步比较晚，检测仪器的研发和制造水平参差不齐，所以相应的校验技术和手段尚不完备。目前在电力行业内部，还没有建立起对于超声波局部放电传感器和超声波局部放电检测仪来说有效的测试方法以及校验系统。这种情况给仪器的应用效果和检测结果的评价分析都造成了很大的影响，而且在一定程度上限制了局部放电超声波检测技术的进一步发展。

GIS局部放电超声波传感单元包括传感器和前置调理器，主要是用于侦测电力设备局部放电时的超声波信号，然后对信号进行处理。GIS局部放电超声波传感器一般采用压电晶体的结构，而且会根据不同的被测对象和组合方式，选择不同的检测频段和检测灵敏度。GIS局部放电检测主机包括数据采集单元、控制与处理单元、存储单元、辅助单元和人机交互单元，以求完成传感器信号的处理和模数转换，完成检测分析过程的控制，以及进行检测数据的处理分析，检测数据的存储和导入导出，检测设置、信息显示、测试信息录入和储能电池管理等等，这些都是GIS局部放电超声波检测主机的任务。

2.3GIS局部放电超声波检测法的要求

GIS局部放电超声波检测法的基本功能要求是要能够实现局部放电的超声波测量，而且要显示超声波信号强度。如果使用充电电池供电，那么就要保证单次连续使用时间不少于4个小时。另外，测试数据一定要可存储于本机并且可以导出，还要对测试数据进行查看和管理。还要具备报警阈值设置和告警指示功能，这些都是GIS局部放电超声波检测法的基本功能要求。

高级功能要求主要包括：GIS局部放电超声波检测法应该具有图谱显示功能，如实时图谱、相位图谱等。还应该具有抗外部干扰的能力，比如像检测信号的硬件滤波和数字滤波等。另外，这种方法要求应该具有多通道同步测量功能，而且要保证通道数不少于4个，因为这样就可以对不同通道的测量数据进行比对分析。还有应该具有参考相位测量功能、诊断分析功能和放电源定位功能。

GIS局部放电超声波检测法除了有基本功能要求和高级功能要求以外，还有性能要求。首先要求一定的灵敏度，灵敏度指的是超声波检测仪对超声波信号的响应程度，它是GIS局部放电超声波检测仪的主要性能指标，通常可以用位移灵敏度表征。超声波局部放电检测仪的灵敏度主要取决于传感器灵敏度和检测主机增益这两个方面。另外，GIS超声波局部放电检测仪的频带也应该根据不同的应用场合而去选择相应的频带范围，还要保证GIS超声波局部放电检测仪的线性度误差不应大于±20%。超声波局部放电检测仪连续工作1小时后，在注入恒定幅值和频率的正弦波信号的时候，要保证其响应值的变化不应超过±20%，GIS局部放电超声波检测法的优势虽然明显，但是如果不严格遵从要求，那么这种检测方法的准确度也会降低。

3.结语

综上所述，GIS局部放电检测方法的分类很多，相比之下脉冲电流法具有较高的灵敏度，超高频法灵敏度适中，而超声波检测法是应用最广、测量最有效的方法。所以，为了能够准确地确定GIS局部放电的严重程度应该综合应用多种检测方法。

参考文献：

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