浅析超声波局放检测技术在GIS交接试验中的应用
【摘 要】 本文在介绍超声波局部放电检测原理的基础上，浅析了超声波法在新安装GIS交接试验及故障处理中现场实际应用，提出在新装GIS进行交流耐压试验时，同时在特定电压下进行超声波法局部放电检测，不仅可以对GIS设备内部局部放电情况有一个初步掌握，便于针对性跟踪，而且对在交流耐压中发生放电的部位进行故障定位，具有重要的引导意义。
【关键词】 超声波 GIS 局部放电 故障定位
前言
六氟化硫密封组合电器（简称GIS）是电力系统的重要大型设备之一，因采用绝缘性能卓越的六氟化硫气体做绝缘和灭弧介质，因此具有占地面积小、结构紧凑、离地面低、不易受外界环境影响、日常维护方便等优点。但因加工、运输、现场装配等原因使GIS不可避免地存在绝缘缺陷而影响其长期可靠性，运行中一但发生事故，危害后果要比敞开式设备严重得多，检修周期长。因此开展新建GIS设备局放检测是诊断GIS早期绝缘状况的重要手段。根据调查统计结果，通过投运前交流耐压试验中开展局放检测，可以避免的故障为60%，GIS的故障率可降低于少于0.1%[1]。局部放电是GIS绝缘劣化的征兆和表现方式，又是绝缘进一步劣化的原因。本文主要介绍超声波法在新安装GIS交接试验及故障定位中的实际应用分析，并通过对GIS故障设备解体检查以验证超声波法试验数据分析判断及定位的准确性。
1 超声波局放检测原理
超声波检测又称声发射检测，局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射。如果声发射释放的应变能足够大，就可产生人耳听得见的声音。大多数声发射发生信号由于强度很弱，人耳不能直接听见，需要借助灵敏的电子仪器才能检测出来，用仪器探测、记录、分析、声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术[2]。当GIS内部有局放、颗粒或松动等缺陷存在时，产生的负荷在中和过程会激发较陡的电流脉冲，使得放电局部区域瞬间受热而膨胀，放电结束后膨胀区域会缩回原来的体积。这种由于局部放电产生的体积变化引起了介质的疏密瞬间变化，形成超声波，以弹性波的形式释放出能量。根据声波的传播特性，采用超声传感器在20～100kHz的工作频段，接收以横波形式传输到外壳上的放电信号，然后对放电信号进行预放大，用带通滤波器完成信号滤波，再经过再放大、检波、平滑滤波、产生跟踪滤波线路输出顶部的信号、接收来自包络线发生器的信号来完成峰值、频率分量等检测。
2 GIS交流耐压试验时超声波局放测量技术的应用
在GIS新建时对其进行交流耐压试验能有效检测出GIS的绝缘缺陷，但仅对GIS内部存留的导电颗粒特别敏感，并不能彻底发现并消除GIS设备中的某
些微小缺陷，如GIS中固体绝缘材料内部的微小缺陷、导体接触不良等。这些微小缺陷产生的局部放电在短时存在并不影响到电气设备的绝缘强度。当GIS投入运行后，尽管会对其进行SF6气体湿度测试、现场分解产物测试、运行中局部带电测试、红外检测等预防性试验，但这些微小缺陷在正常运行电压下不断发生放电，这些微弱的放电就会产生积累效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大，最后导致整个绝缘击穿，其危害后果与处理过程会比设备投运前严重得多，也比敞开式设备复杂得多。即使运行中局放检测发现存在异常，但停电解体检查、排除故障的检修周期长，对电网结构稳定及客户用电产生严重影响[3]。采用超声波法测试GIS局放可作为新建GIS设备交流耐压试验的一种补充，不仅可以有效地检测隐藏在设备内部的绝缘弱点或生产过程中造成的缺陷，有效避免设备带病进网，而且当耐压试验过程中发生非自恢复放电或击穿故障时，可以准确知道确切部位，而仅靠人耳的监听是难以判断故障发生的确切位置。因此，通过在交接试验中开展局放检测是诊断GIS早期绝缘状况的重要手段。
肇庆局某变电站新安装220kV GIS交流耐压及利用局放检测进行故障定位的情况见证如下：
试验人员对该站220kV GIS #14至#26间隔C相耐压试验（主接线图见下图1），加压程序依次是145 kV（1.0Um/√3）下老练试验5min、175 kV（1.2Um/√3）下测局放、252kV（1.0Um）下老练试验3min、380kV下耐压试验1min。加压过程发生如下放电现象：（1）第25间隔3QS、QF、1QS合上，从第25间隔C相加压，对Ⅴ母、Ⅴ母母线1QS断口及12间隔2QS合闸对地进行交流耐压试验时，试验电压达到268kV时发生放电击穿现象；（2）再次重复加压至312kV，出现放电击穿现象；（3）再次重复加压，当试验电压达到368kV，又出现放电击穿现象；（4）最后再次加压至380kV，未出现放电击穿现象。
根据肇庆供电局2012年反措的要求，只要GIS设备在耐压过程中发生了放电，不管第二次的耐压试验是否通过，均应视为耐压试验未通过，应进行故障点的排查。在C相的耐压过程中，现场人员分别在电压升至175kV（1.2Um/√3）、252kV（1.0Um）对其进行多次超声波局放检测，发现#19间隔（Ⅴ母PT间隔）1QS断口处均存在局部放电信号（见下图2、3，该超声波局放测试仪的测量信号用mV表示），其他部位检测结果正常，初步判断故障点位置在#19间隔（#5M PT间隔）隔离开关气室附近。
测试数据统计如表1：
测试数据统计如表2：
该站背景信号不大，测量环境良好。从连续测量图谱看出，C相#19间隔母线筒与C相地刀间的盘式绝缘子经检测有较明显局放信号，局放信号有效值较大。超声波法测量的原始波形图谱有一定规律，测量电压越高，局放信号越明显，信号频率成分中有50Hz及100Hz分量，与100Hz频率相关性更强。初步判断为GIS设备中存在局放缺陷。经现场厂家人员回收可疑闪络点气室气体并解开手孔检查，发现该间隔母线筒与C相地刀间的盘式绝缘子有明显的三条闪络痕迹，
与之前出现的三次放电击穿现象相吻合。初步分析该闪络现象是由于盘式绝缘子内部缺陷所导致。现场厂家人员更换了该盘式绝缘子，经过补气、SF6微水及分解产物测试与泄漏检测后，该220kV GIS #14至#26间隔C相耐压试验顺利通过，且无发现异常局放信号
这个案例验证了在GIS交流耐压过程中，根据超声波局放信号特征进行数据分析与故障定位的正确性。实践证明超声波法局放检测是诊断GIS绝缘状况的有效手段。
3 结语
本文在介绍GIS超声波局部放电检测方法原理的基础上，介绍了超声波法在新安装GIS交接试验中的实际应用，提出通过超声波局放信号特征进行数据分析与故障定位，并通过对GIS故障设备解体检查验证了对试验数据分析判断及定位的准确性。现场实践表明采用超声波局放检测诊断GIS早期绝缘状况的有效手段，能够对GIS设备进行有效、灵敏的状态监测、故障诊断，避免GIS设备带病进网，降低GIS设备运行中的故障率，更好地保障GIS设备的安全运行。
参考文献：
[1]杨圆，李成榕.郑书生.GIS局部放电超声波信号特征的试验研究[J].中国电机工程学会高压专委会学术年会论文集，2007.
[2]王万宝.李永宁.GIS超声波局部放电检测技术的应用分析[J].电气技术，2012.
[3]苏宁.高文胜.刘卫东.GIS中典型缺陷局部放电的模式识别[J].领步科技，2011.
