GIS局部放電檢（jiǎn）測辦法

封閉式氣體絕緣（yuán）組合電器（GIS）內部由於製造時（shí）出現毛刺、安裝運輸時部件鬆動或接觸不良引起浮電位、運行（háng）中絕緣老化等各種情（qíng）況下（xià）都有（yǒu）可能出現自（zì）由（yóu）金屬微粒等原因，有可能出現（xiàn）顯著的局部放電。長期的局部放電使絕緣的劣化損（sǔn）傷逐步擴大，甚至可使整個絕緣擊穿或沿（yán）表麵閃絡。這種情況會造成電力設（shè）備運行時出現故障以至停電，其直接損失和間接損（sǔn）失相當嚴重。由此可見，有關GIS局部放電診斷方法的研究，檢測GIS的局（jú）部放電量，對確（què）保GIS的絕緣是非常重要的。

由於GIS本身是一個完整的封閉體，所測量的局（jú）部放電又是處在相對較強的幹擾背（bèi）景（jǐng）環境（jìng）下，且局放源本（běn）身又存在各種各樣的狀態，以及局放信（xìn）號（hào）的（de）隨機性，對GIS局部放電測量，製定詳細統一（yī）的規則（zé）和標準就需要做相當多的工作。

對局部放電研究（jiū）的結果表明，在各種局部放電（diàn）情況下，具有非常快的上升（shēng）前沿的局部放電脈（mò）衝激勵的電磁（cí）波在GIS氣室傳播，這樣也會使GIS外殼上產生流動的電磁波，使在其（qí）使接地線上有高頻放電脈衝電流流過，從（cóng）而使（shǐ）外殼對地（dì）呈現高頻電壓（yā）並向周圍空間傳播。同時，微小的火花和電暈放電時緊跟著有離子化氣（qì）體通道的擴（kuò）展，而且還會使通道氣（qì）體壓力驟增（zēng），在GIS內部氣體中產生縱波或超聲（shēng）波這就產生了聲波，並在金屬外殼上出現各種聲波。另外，局部放電也可（kě）導致SF6氣體分解或發光，伴（bàn）隨著被激勵的（de）分子的發光及化學反應產物。因（yīn）此，局（jú）部放電發生時（shí）會有物理的、化學的、電的效應。原理上講，任何一種現象都（dōu）可用（yòng）來揭（jiē）示局部放電現象。局部（bù）放電檢測（cè）的研究手段，也就出現了電的方（fāng）法（fǎ）和非電的（de）方法。目前，國內（nèi）外檢測GIS局部放電的主要方法有以下幾種。

(1)光檢測法
GIS局部放電是在電場較為集中的（de）局部使SF6原子發生遊離，遊離後的離子又會複合，複合會以光子（zǐ）的形式釋放能（néng）量。根據氣體放（fàng）電理論，在此過程中離子的複合會激發出不同頻率的光譜成分，因此，可用安裝在GIS內部的光傳感（gǎn）器（qì）(如光電二極管、光電二極管或光電倍增管等)進行（háng）光測量來檢測PD信號。由於SF6氣體的光吸（xī）收能力隨著氣體密度的增大而提高，GIS內壁光滑而引起的反射會帶來影響（xiǎng），以及會出現檢測“死（sǐ）角”，所以采用這種方法的準確性較低。另外（wài），對實際GIS因（yīn）有許多氣（qì）室，所以需要大量傳感器，檢測的成本高，因此這種方法不適合對已投運的GIS進（jìn）行PD在（zài）線監測。

(2)化（huà）學檢測法
在GIS內部放電的作（zuò）用下，部分SF6氣體會發生分解，在分解物中（zhōng）SOF2和F2為兩個重要的中間分解物。通過（guò）檢測（cè）裝（zhuāng）置從高壓電氣設（shè）備中提取一定體積的SF6氣體（tǐ），分別通過SO2、HF檢測（cè）管，這些分（fèn）解物會在檢測管中起化學反應，並改（gǎi）變顏色。可根據變色柱的長短，測量出SF6氣體中SO2和（hé）HF的（de）濃度（dù）。據此可判斷（duàn）GIS內部放電狀況的嚴重程度。

化學檢測法存在的問題是：a.試驗（yàn）統計分析表明，對自由微粒引起的局放靈敏性比固定微粒測量效果差得（dé）多。b.GIS中的吸附劑和幹燥劑可能會嚴重影響（xiǎng）化學（xué）方法測量的準確性。c.短脈（mò）衝放電不一定產生足夠的分（fèn）解物。d.一次（cì）試驗需要做多種分解物的氣相色譜試驗和紅外譜（pǔ）圖分析。e.還有斷路（lù）器動作時產（chǎn）生的電（diàn）弧亦會影響測量。

(3)振動檢測法
采用壓電（diàn）式傳感器或（huò）超（chāo）聲波傳感（gǎn）器接（jiē）收局部放電產（chǎn）生的振動信號，也能達到檢測GIS內部局部放電的目的。

GIS局部放電會產生（shēng）聲（shēng）波，其類型包括縱波、橫波和表（biǎo）麵波。氣體和（hé）液體中隻傳播縱波，固（gù）體中傳播的聲波除縱波外還有橫波。故在GIS中沿SF6氣體傳播的聲（shēng）波（bō）和（hé）在變壓器（qì）油中一樣隻有（yǒu）縱波，但其（qí）傳播速度很慢，隻有油的十分之一（yī），同時，傳播衰減也較快。

由於在運行（háng）現場由於機械噪聲嚴重，振動法的靈敏度顯著降低（dī）甚至無法進行檢測（cè）。因此，總的來說利用振動法檢（jiǎn）測局部放電有一定的局限性。

(4)電氣檢測法
(a)外殼電極法
80年代由（yóu）日本研製，其結構是在GIS外殼上敷設絕緣薄膜和金屬電極，外殼與金屬電極間構成一個（gè）電容，可將高頻放電信號藕合至檢測（cè）阻（zǔ）抗上，該阻（zǔ）抗上的信號可經放大最終得到GIS局（jú）部放電水平。這種方法的原理與傳統的（de）局部放電檢測方法類似，優點是檢測靈敏度高，結構簡（jiǎn）單、較為實用，但其致命缺點是易受外（wài）界幹擾，特別是電網中自然存在的各種脈衝型信號(如電網中的電暈幹擾等)的幹擾。

(b)內（nèi）部電極法
1988年在英國研製出來，該（gāi）方法是在法蘭內部加裝金屬電極，該電極與外殼構成耦合（hé）電容，以此電容傳感器提取（qǔ）局部放電的脈衝信號。采用多個電容傳感器，由GIS局部放電（diàn）信號到（dào）達不同位置（zhì）傳感器的時間差確（què）定放電點，從而實現對局部放電的定位。
另（lìng）一種內部電極（jí）法，是在盆式絕緣（yuán）子內靠近接地端預先埋設一（yī）個電極。此法其實就（jiù）是內部天線法，其信號也是超高（gāo）頻信號（hào）。優點是抗幹擾性（xìng）能好、靈敏度（dù）高，可檢測出5pC的局部放（fàng）電。內（nèi）電極隻能在廠家生產（chǎn）過程中預先埋設，現場安裝往往不易實現。

(c)外接電流（liú）傳感器檢測法（fǎ）
當GIS內部產生局部放電時，接（jiē）地線上有高頻電流通過，因此可利用（yòng）帶有鐵淦氧等磁（cí）芯材料的羅可夫斯基線圈作為傳感器，來測量此（cǐ）高頻信號。優點是精（jīng）心製作的傳感器可以在很寬的頻（pín）率範圍（wéi）內保持很好（hǎo）的（de）傳輸特性，但地線（xiàn）需穿（chuān）過線圈，給現場使用（yòng）帶來了不便，最小檢測量為（wéi）100pC。

(5)超聲波法
采用超聲波傳感器接（jiē）收局部放電產（chǎn）生的振動信號，也能達到檢測GIS設備內部局（jú）部放電的目的。利用超聲（shēng）信號對G工S設備局部放電進行故障診斷的方法主要分三個步驟：(a)用帶通濾波器除去設（shè）備自身（shēn）的振動信號和周圍幹擾信號的低（dī）頻成分，以及電氣幹擾信號的高頻成分；(b)進行輸入信號的基準值判斷，將某一定數值以上的信號作（zuò）為幹擾信號除去；(c)進行與試（shì）驗電源同期的脈（mò）衝調製，對波形的絕對值進行平均化處理，調整其周期性，局放（fàng）信號具有明顯周期性，而幹擾信（xìn）號波形是（shì）無周期（qī）的，以此將二者區分開。

超聲（shēng）法的優點（diǎn）是：(a)傳感器與GIS設備的電氣（qì）回路無（wú）任何聯（lián）係，不用考慮電氣方麵（miàn）的幹擾。(b)可實現局部放電的（de）定位。由於超聲波在氣體內傳播過程中（zhōng），衰減速度很快，超聲波在傳播GIS設備腔體連（lián）接處的絕緣子時，信號幾乎衰減為0，因（yīn）此，采用一個超聲傳感（gǎn）器，即可對局部放電進行定位。

超聲法的缺點是：(a)難以依據超聲信號的幅值表征局部（bù）放電的嚴重程度。超聲信（xìn）號與視在放（fàng）電量或實際放電量之間的（de）關係難以確定，難以依據超聲信號幅值來表征設備絕緣狀況。(b)由於超聲信號衰減快（kuài），所以超（chāo）聲法（fǎ）檢測範圍小，檢測點多，檢測效率低（dī）。(c)對於高壓導體附近的局部（bù）放電故障靈敏度低，一般（bān）隻能檢測50pC以上的放電。(d)抗機械振動幹擾能力差，尤其是現（xiàn）場自然（rán）風對（duì）超聲（shēng）檢測幹擾很大。

超聲法的適用範圍：GIS設備中放電（diàn）量較大的局部放電信（xìn）號的檢測與定位（wèi）。對於（yú）GIS設備比較密集或高度（dù）比較高的設備，操作不方便，甚至無法檢測。

(6)特（tè）高頻法
特高頻法(ultra-high frequency簡稱（chēng）UHF)就是利用（yòng）GIS局部（bù）放電輻射出的超高頻電磁波信號進行檢測的一種方法。

當（dāng）GIS內部（bù）發生（shēng）局部放電時，能激勵起1GHz以上的特高頻電磁（cí）信號。由於GIS具有同（tóng）軸諧振腔結構，使得特高頻（pín）電磁波信號在GIS內部傳播時衰（shuāi）減較小，因此可以方便的用特高頻探頭接（jiē）收。由於GIS外殼良好的屏蔽作（zuò）用，外（wài）部信號很難進入GIS內部；由於GIS多處裝有盆式絕緣子，這（zhè）些絕緣子均為非鐵磁材料，可以透射超高頻電磁波信（xìn）號（hào），當GIS設備局部放電產生的電磁（cí）波沿金屬軸(筒)傳播（bō）時，部分信號可（kě）通（tōng）過絕緣子（zǐ）向外輻射，通過無線檢測方式即可接收（shōu）到這些從GIS設備內部傳出的放電（diàn）信號。

與傳統局部放電測量方法相比，UHF法具有其獨特（tè）的抗幹（gàn）擾特性（xìng）。研究認為，GIS設備以外的幹擾信號，其頻譜（pǔ）範圍較GIS設備內的局部放電信號（hào）要窄得多，一般認為頻率在500MHz以下（xià），信號在（zài）傳播過程（chéng）中衰減很快，幾乎對GIS設備局部放電測量裝（zhuāng）置不構（gòu）成影響。可以利用特高頻傳感器接收其中500-3000MHz的特高頻信號進行檢測，利（lì）用一個加有500MHz的高通（tōng）濾波器的特高頻放大器就可解決幹擾問題，從而（ér）提高局部放電檢測的信噪（zào）比（bǐ）。

特高頻法具有（yǒu）以下特點：(a)傳感（gǎn）器接收UHF頻段信號，避開（kāi）了電網中主要電磁幹擾的頻率，具有良好的抗電（diàn）磁幹擾能力；(b)根據電（diàn）磁脈衝信號在GIS內部傳播具有衰減的特點，利用傳感器接收信號的時差，可進行故障定（dìng）位（wèi）；(c)根據放電脈衝的波形特征和UHF信號的頻（pín）譜特征，可進行故（gù）障類型診斷；(d)UHF傳感器相對於振動檢測法而言，其局部放（fàng）電（diàn）有效檢測範圍大，因此需要安裝傳（chuán）感器（qì）的檢測點少。

總的看來，超聲波（bō）檢（jiǎn）測法、光檢測法、化學法以及傳統的電測法均不太適合或目前還未開展局部放電的（de）在線監測，而UHF法抗幹擾能力（lì）強，在GIS PD在線監測中具有很好（hǎo）的應用前景（jǐng）。