超高频法在GIS设备局部放电检测中的应用换向阀

超高频法在GIS设备局部放电检测中的应用

超高频法在GIS设备局部放电检测中的应用 2011年12月09日 来源： 屈海涛1，郭 琳2，邵方华3，许 徽4 　　（1．三门峡市电业局，河南　三门峡　472000；2．郑州电力高等专科学校，河南　郑州　450004；3．鹤壁万和发电有限责任公司，河南　鹤壁　458000；4．洛阳豫港电力开发有限公司，河南　洛阳　471009）1　概述　　近年来，随着城市电网建设的发展，GIS变电站的数量不断增加。目前，河南省内GIS变电站已接近40座，预计今后几年内还将继续增加。由于GIS设备的运行电压高、其内空间极为有限，导致GIS设备的工作场强很高。另一方面，GIS设备中绝缘裕度相对较小，在严格控制的环境条件下，GIS设备中SF6气体的击穿强度可望达到相当高的水平，但实际通常只能达到期望值的一半，甚至更低。一旦GIS设备内部出现某种缺陷，极易发生设备故障。随着GIS变电站数量的增多，GIS设备发生故障的几率也在增加。由于以往人们认为GIS设备属于免维护设备，加之GIS变电站数量较少，监测设备故障的手段和措施相对有限。因此，加强和完善GIS设备交接试验以及GIS设备的运行监测，对保障GIS设备的安全运行具有重要意义。　　研究表明，GIS设备内部故障以绝缘性故障为多。2001年河南省发生的3起GIS设备故障均为绝缘性故障。国内其它省份亦有类似情况。GIS设备的局部放电往往是绝缘性故障的先兆和表现形式。一般认为，GIS设备中放电使SF6气体分解，严重影响电场分布，导致电场畸变，绝缘材料腐蚀，最终引发绝缘击穿。实践证明，开展局部放电检测可以有效避免GIS事故的发生。目前，河南省有关部门正在研究和制定GIS设备局部放电测量的具体实施方案，拟将GIS设备局部放电测量列入GIS设备交接试验和运行监测项目。　　本文阐述超高频法（UHF法）原理及其在GIS局部放电检测中的应用。2　GIS设备局部放电检测方法　　GIS设备局部放电既是内部绝缘故障的先兆，又是绝缘故障的典型表现。2．1　GIS设备内部常见缺陷　　a．GIS设备中固体绝缘材料内部的缺陷　如生产工艺过程中残存在盆式绝缘子内部或与导体交界处的气隙。　　b．GIS设备内残留自由导电微粒，如金属碎屑或金属颗粒　这是较为普遍存在的一种缺陷，一般是由于制造、安装等原因造成的。　　c．GIS设备中的导体表面存在突出物，如毛刺、尖角等　这种缺陷易发生电晕放电，在稳定的运行电压下一般不会引发绝缘击穿，但在冲击电压下可能导致绝缘击穿。 d．GIS设备内的导体接触不良等。　　上述缺陷往往可以引发GIS设备局部放电。2．2　GIS设备内部缺陷产生局部放电的特征　　a．发生在导体周围的电晕放电，由于气体中的分子是自由移动的，因此GIS设备中的电晕放电过程与空气中的电晕放电相似。 b．GIS设备中绝缘子内部的气隙放电在工频正负两个半周内基本相同，即正负半周放电指纹基本对称。放电脉冲一般出现在试验电压幅值绝对值的上升部分，放电频率依赖于所加电压大小，只有在放电强烈时，才会扩展到电压绝对值下降部分的相位上，且每次放电的大小不相等。绝缘子缺陷在出厂时可能并不出现，但在运输及安装过程中有可能造成损伤。一些缺陷最初可能无害，只是在机械振动和静电力作用下可能轻微移动，形成潜在的隐患。　　c．绝缘子表面的缺陷（如污秽等）有助于表面电荷的增加，可能会形成表面放电，导致绝缘子表面的绝缘劣化，甚至击穿。　　d．自由导电微粒和固体导体上金属突起放电的相位分布有着明显不同。这个特征通常可以用来区分缺陷的类型。GIS设备中自由导电微粒有积累电荷能力，在交流电压作用下，静电力可使导电微粒在GIS筒内跳动，如直立旋转、舞动运动等。这种运动与放电的出现在很大程度上是随机的，这一过程与所加电压大小以及微粒的特性有关。如果一个跳动的微粒接近或运动至GIS设备中的高场强区时，伴随产生的局部放电有可能形成导电通道，造成绝缘击穿。相对而言，GIS设备内残留的金属碎屑或金属颗粒产生的各种效应是最为严重的，因此，金属颗粒的放电对GIS设备的危害相对较大。2．3　检测方法　　GIS设备中的局部放电会在GIS设备外壳上产生流动的电磁波，使接地线上有高频放电脉冲电流流过，从而导致外壳对地呈现高频电压并向周围空间传播。局部放电还会使通道气体压力骤增，在GIS设备气体中产生纵波或超声波，并在金属外壳上出现各种声波，如纵波、横波和表面波等。GIS设备中的局部放电也可导致SF6气体分解或发光。这些物理和化学变化的特征，有助于GIS设备局部放电的检测。目前，国内外普遍采用如下几种方法。　　a．外壳电极法　在GIS设备外壳上敷设绝缘薄膜和金属电极，使外壳与金属电极间构成一个小电容。通过电容将放电信号耦合至检测及处理单元，最终显示GIS设备局部放电水平。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，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

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