摘要：文章分析了GIS设备局部放电的两种检测方法(超声波法和超高频法)的原理及优缺点，并提出采用超高频法和超声波法相结合的声电联合检测可取长补短，充分发挥出各自的优势，提高GIS设备局部放电检测及缺陷分析的准确性和可靠性。
关键词：GIS局部放电；超高频法；超声波法；声电联合
中图分类号：TM855
文献标识码：A
文章编号：1009-2374(2011)22-0042-02
目前，佛山供电局运行中的GIS变电站超过了100个。GIS设备内部绝缘电场强度高，若出现微小绝缘缺陷，很容易导致绝缘击穿等严重事故。中国南方电网《电力设备预防性试验规程》规定运行中GIS设备局部放电3年测试一次，应无明显局放信号。2011年佛山局加大了GIS局放检测的常态化应用，周期改为每季度一次，取得了良好效果。GIS局放检测采取的方法主要有两种：超高频法和超声波法。针对不同站的设备类型不同，佛山局对GIS局放检测方法做了分类，其中以使用超高频法为主的变电站有93座，使用超声波法为主的有10座。
一、超高频法的原理与优缺点
超高频局放检测是指频率介于300MHz 3GHz区间的局放信号进行采集、分析、判断的一种检测方法，通常应在该区间内选取一个无通讯信号的频段进行测量。在GIS发生局部放电时，伴随着一个很陡地电流脉冲并向周围辐射出频率高达GHz的电磁波。由于GIS的同轴结构相当于一个良好的波导，非常适合超高频电磁波的传播，且GIS上有很多盆式绝缘子置于法兰之间盟，使连接法兰之间有宽度几厘米的绝缘缝隙，故局部放电所产生的超高频电磁波可以从这些绝缘中隙辐射出来，并被放置在外部的超高频传感器所检测。
使用超高频法在采用无金属屏蔽盆式绝缘子的GIS设备检测上具有很高的灵敏度，测试点选择及编号如图1所示：
使用超高频法测试时，传感器应紧贴GIS绝缘盘子、注塑孔、观察窗等超高频信号能够传出位置，每个可测试位置均应进行测试。测试时应注意传感器中心应正对盆式绝缘子，若为观察窗或注塑孔，则应正对观察窗和注塑孔，对干扰较大的位置应采用金属屏蔽布覆盖。
超高频法的最大优点是抗电晕干扰能力较强，检测范围大，对各种类型的放电均具有较高的检测灵敏度，仅需把传感器靠近那些易于辐射出高频电磁波的部位即可，不要求于被测设备紧密接触，故适用于对局放缺陷的快速巡检或连续监测。缺点是要求被测电力设备本身有能够辐射出电磁波的绝缘缝隙，如盆式绝缘子、观察窗等，否则应在被测设备内部预先安装好超高频传感器。此外，由于电磁波的传播速度很快且衰减较小，精确定位通常需借助高速数字示波器来实现，故目前大多是通过比较在不同部位测得的超高频信号的强弱，找到最靠近放电源的检测部位。
二、超声波法的原理和优缺点
超声波局放检测法是指对频率介于20-200kHz区间是声信号进行采集、分析、判断的一种检测方法。当发生局部放电时，分子间剧烈碰撞并在宏观上瞬问形成一种压力，产生超声波脉冲，类型包括纵波、横波和表面波。GIS中沿SF6气体传播的只有纵波，这种超声纵波以球面波的形式向四面传播。由于超声波的波长较短，因此方向性较强，能量较为集中，可通过固定在被测电力设备外壳上的超声波传感器接收这个信号，并对其进行分析，判断设备内部是否存在局部放电缺陷。
超声波信号在SF6气体中的传输时衰减很快，在通过两种材料的边界时还会产生反射，且当入射角超过一定角度时还会发生全反射，故使用超声波法检测局部放电时没检测灵敏度往往会取决于声波信号的传播介质及传播途径，实际应用时需通过设置尽量多的检测点，找到能够有效接收到信号的部位。检测时还应保持传感器于设备表面稳定接触，结合界面还应使用声耦合剂，要求操作人员具有较丰富的测试经验。测试点选择如图2所示：
使用超声波法检测时，传感器应在GIS各接头、刀闸、互感器底部稍倾30°位置，每个接头、刀闸、互感器均进行测试。测试时应涂抹足够的导声油脂，以保证足够的灵敏度；若GIS外壳能够被磁铁吸引，则应采用磁铁吸附器固定，以避免手持振动干扰。
超声波法最大的优点是抗电磁干扰能力强，适用于对壳体接地的所有电力设备进行局部检测。通过逐点测量和比较，还可对缺陷进行定位，能够发现灵敏发现GIS底部的颗粒放电，对电晕、松动、悬浮放电也能够发现。缺点是对绝缘内部放电灵敏度不够，仅对近距离的放电缺陷较敏感，且易受周围环境噪声的影响，特别是当被测电力设备自身存在机械振动或电磁振动时，将会对超声波检测法造成很大的影响，严重时甚至可造成误判。此外，由于固体绝缘材料对超声波信号的传播衰减很大，该方法不宜用于检测SF6设备中的盆式绝缘子放电缺陷。
三、声电联合检测
通过以上分析可以看出，超高频法和超声波法的优缺点非常明显。那么，是否可以采取超高频和超声波的联合检测，以提高检测的准确性和可靠性呢?通过摸索，佛山供电局对GIS设备局放声电联合检查归纳出一套方法，具体的步骤为：
1．用超声波法对GIS设备局部放电进行普查测试，检查GIS设备是否存在局放信号。若存在局放信号则进行局放店的初定位，确定局放信号发生在GIS的哪一个气室。
2．采用超高频法对信号较大的位置进行放电点精确定位，以区分是外部放电还是内部放电。
3．如果定位结果显示放电发生在GIS内部，可利用超声波法和超高频法测试的波形特征进行分析局放的类型。
4．结合对定位的局放气室内部结构分析及以上的3步的分析结果，可以进一步分析判断缺陷点和放电类型。
5．如有疑似局放信号时则记下放电点位置，做好局放波形保存，建立台账，以便于再次测试时继续跟踪局放发展情况，局放严重时要分析其产生的原因，必要时进行停电检查和解体检查。
6．如果超高频和超声波信号均没有异常，则可判断设备完好，没有明显的局部放电缺陷。
通过声电联合检测方法，佛山供电局成功发现了110kV龙池站110kV母线导电杆悬浮放电，110kV广教站#1主变变高1011刀闸B相绝缘栏杆表面爬电等GIS内部绝缘缺陷，从而避免了GIS事故的发生，有效保证了GIS设备的安全稳定运行。
四、结论
对于运行中的GIS电气设备而言，超高频法和超声波法无疑是最理想的检测手段，两者都可以实现带电检测，且不必改变设备的运行方式，检测方法都比较简便实用。
超高频法检测范围大，对各种类型的放电均较敏感，但实现设备缺陷的精确定位较为困难。而超声波法检测范围小，仅对近距离的缺陷敏感，可实现设备缺陷的精确定位。因此，可采用声电联合检测的方法，充分发挥出各自的优势，提高GIS局放检测及缺陷分析的准确性和可靠性。
参考文献
[1]何胜红，金向朝，李国伟．GIS局部放电测试技术的现场
应用[J]．高电压技术(增刊)，2009，(35)．
[2]邱毓昌．GIS装置及其绝缘技术[M]．北京：水利电力出
版社．1994．
[3]陈化钢．电力设备预防性试验方法及诊断技术[M]．北京：
中国科学技术出版社，2001．
[4]电力设备预防性试验规程(Q／CSG 1 0007：2004)[S]
2004．
作者简介：陈威(1981-)，男，广东连州人，广东电网公司佛山供电局工程师、技师，研究方向：变电运行与供电企业管理。
责任编辑 周加转