摘要：GIS设备随着运行年限增加，内部原生绝缘缺陷会逐步显现，利用局部放电特高频检测技术能够及时发现GIS设备的部分早期缺陷。以某电厂500 kV升压站已运行近30年的GIS设备为对象，使用特高频检测技术对其进行局部放电带电测试检查，发现500 kV第五串5051断路器间隔B相气室存在异常局放信号。通过分析计算异常局放信号，判断异常局放信号源位于该间隔的支撑绝缘子处。后期停电检修中，确认5051断路器间隔B相气室支撑绝缘子存在缺陷。局部放电特高频检测技术的应用，极大地提高了GIS设备安全运行水平。

　　关键词：特高频检测技术；GIS设备；局放信号；早期缺陷

　　Abstract：With the increase of the operation hours of GIS equipment，the internal primary insulation defects will gradually appear．By using the UHF detection technology of partial discharge(PD)，some early defects of GIS equipment can be detected in time．Taking the GIS equipment of a 500 kV booster station in a power plant in operation for nearly 30 years as the object，the PD test and check are carried out by using UHF detection technology，and it is found that there is an abnormal PD signal in the 500 kV fifth string 5051 circuit breaker interval．By analyzing and calculating the abnormal PD signal，it is considered that the source of the abnormal PD signal is located at the support insulator of the interval．During the power outage maintenance，it is confirmed that the support insulator of phase B gas chamber of 5051 circuit breaker bay is defective．The application of UHF detection technology of PD has greatly improved the safe operation level of GIS equipment．

　　Key words：UHF detection technology；GIS equipment；partial discharge(PD)signal；early defects

　　0引言

　　某电厂500 kV升压站GIS设备采用瑞士ABB公司的产品，3／2接线方式，共有5串断路器，其中第4、5串设备于1991年出厂，第6、7、8串设备由第4、5串设备扩展而来，第6、7、8串设备于1993年出厂，第8串为不完整串。

　　2020年1月23日，对升压站GIS设备进行运行电压下局部放电带电例行测试。在局部放电超声波检测过程中没有检测到异常局放信号，但在局部放电特高频检测过程中发现500 kV第5串5051断路器间隔B相气室存在异常局放信号，其余间隔GIS没有检测到异常局放信号。为确认异常局放信号强度，现场采用2台不同类型的局放仪在不同位置多次检测[1－5]。利用PDM1000局放仪对异常局放信号进行分析，可见信号相位特征明显，智能系统判断缺陷类型为沿面放电。在存在缺陷的气室的4个不同部位开展局放信号检测，两两对比局放信号至各测量点的先后顺序，采用时间比较法，最终判断异常局放信号源位于该间隔的支撑绝缘子处，并在后期停电检修中确认缺陷的存在[6－10]。

　　超声波局放检测和特高频局放检测技术在现场都有普遍运用，但是对于特定缺陷，两个检测技术各有优缺点[11－13]。同时采用2种检测技术可以提高缺陷发现概率。

　　此次缺陷判断过程中，计算异常局放信号到达各检测点的时间差，特高频检测技术较为精确地确认局放信号源的位置。精确的位置判断可以帮助检修人员确认故障元件，明确检修范围和检修备件，完善检修方案，减少检修工期和成本，提高设备的可靠性[14－15]。

　　1特高频局放检测原理及初步分析

　　1．1特高频(UHF)局放检测原理

　　GIS设备的绝缘体的绝缘强度和击穿场强很高，在高压电场的作用下，绝缘体内部小范围内发生放电击穿时，会伴随产生频率量级为GHz的电磁波。当GIS内部产生局部放电时，产生的特高频电磁波能够沿着GIS腔体传播。

　　GIS内的局部放电所激发特高频(UHF)电磁波信号穿透性强，能够从盆式绝缘子、绝缘块、隔离断路器观察窗口和GIS外壳的接缝处泄漏到外部。利用UHF电磁波的特点，可将测试传感器放置在盆式绝缘子处，在UHF频段(300 MHz以上)接收及耦合GIS内部信号，既能避开一般的电磁干扰，又能准确测量GIS内部的放电信号，同时对局放源做相应的定位。

　　1．2初步分析

　　一般而言，GIS设备内部产生局部放电信号主要有以下几种原因：(1)载流导体表面存在工艺或设计缺陷，如毛刺、尖角、导体表面局部电场强度过高；(2)绝缘体与导体的结合面处存在气隙，气隙中存在局部高场强，产生局部放电；(3)GIS内部绝缘体存在缺陷，如内部气泡、裂纹等，在高电压作用下产生局部放电；

　　(4)GIS内部存在导电微粒产生局部放电。

　　该电厂500 kV GIS设备已稳定运行近30年，在2016年度局部放电测试中未发现5051断路器间隔B相气室存在异常局放信号，同时在对该气室SF6气体做检测时也未发现明显异常。近几年的停送电操作中，5051开关及50511隔离开关设备状态正常。

　　在现场GIS设备局放检测中，超声波检测方式和特高频(UHF)检测方式是较为常用的。超声波检测方式实现简单，测量快速，不易受电磁干扰，容易定位缺陷位置，但易受到振动和噪音的影响，同时对固体绝缘内部缺陷不灵敏。特高频(UHF)检测方式对各种放电类型均有较高的测量灵敏度，有较强的抗干扰能力，可实现局部放电带电检测、定位和缺陷类型的识别，但不能发现弹垫松动或粉尘等非放电性缺陷。

　　此次GIS设备局放检测中，超声波检测方式未能发现异常局放信号，而特高频(UHF)检测方式则发现明显的局放信号。综合判断，较大可能是该气室内部绝缘件劣化，最终产生局部放电信号。

　　2检测情况与位置判断

　　2．1现场检测情况

　　在此次检测中，将UHF传感器放在GIS外壳多个位置，通过PDS－T90、PDM1000局部放电检测仪及示波器观察、分析UHF信号相位特征和信号波形的时——频特性，并借此对放电源进行大致定位。UHF检测步骤如图1所示。

       局部放电特高频检测过程中，在5051断路器间隔B相GIS气室点1(地刀底座)、点2(CT上部支撑盘式绝缘子)、点3(CT下部隔离盘式绝缘子)、点4(波纹管)位置检测，均可检测到异常局放信号。

　　检测位置如图2所示。对检测到异常局放信号进行实时监测，发现该局放信号相位特征明显、具有双极性且脉冲信号连续。在点1位置采用不同厂家仪器进行测量，示波器图2测点位置时域信号显示最大值为35 mV，信号检测谱如图3~5所示。图3中的上图表示时域信号波形，下图表示频谱波形。本次采用示波器测量时，检测带宽为300~700 MHz，增益放大倍数为18 dB。在图4中，PRPD谱图相位特征明显，具有双极性，智能系统判断缺陷类型为沿面放电。从PDS－T90局放仪可观察到局放脉冲信号连续，相位置特征明显，其UHF信号的PRPD2D及PRPD3D谱图如图5所示。

　　2．2利用时间比较法进行位置判断

　　为进一步判断异常局放信号源具体位置，采用时间比较法进行分析。信号时间比较是通过两个UHF耦合器在图2标示的各个测试点进行测量，比较高速采样示波器采集的两个时域信号起始沿先后顺序。现场使用示波器对比两通道时域信号波形情况。

　　在图6中，C1通道的UHF耦合器放置在点2位置，C2通道的UHF耦合器放置点1位置，如图2标识所示。由图可知，C2通道信号明显滞后于C1通道信号，两个信号的时间差约为3．80 ns，放电信号源靠近点2位置。

　　在图7中，C1通道的UHF耦合器放置在点3位置，C2通道的UHF耦合器放置点1位置，如图2标识所示。由图可知，C2通道信号明显滞后于C1通道信号，两个信号的时间差约为2．50 ns，放电信号源靠近点3位置。

　　在图8中，C1通道的UHF耦合器放置在点4位置，C2通道的UHF耦合器放置点1位置，如图2标识所示。由图可知，C2通道信号明显滞后于C1通道信号，两个信号的时间差约为3．50 ns，放电信号源靠近点4位置。

　　在图9中，C1通道的UHF耦合器放置在点3位置，C2通道的UHF耦合器放置点2位置，如图2标识所示。由图可知，C2通道信号超前于C1通道信号，两个信号的时间差约为1．55 ns，放电信号源靠近点2位置。

　　在图10中，C1通道的UHF耦合器放置在点4位置，C2通道的UHF耦合器放置点2位置，如图2标识所示。由图可知，C2通道信号超前于C1通道信号，两个信号的时间差约为2．10 ns，放电信号源靠近点2位置。

　　通过比较点1~点4处信号的起始上升沿，发现点2测试位置总能先检测到信号，各测点信号时间差及时间先后关系如表1所示。

　　结合多次测量计算并加以分析，确定5051断路器间隔B相存在异常局放信号，初步判断放电信号源在点2与点3位置之间的气室内部，点2点处的支撑盘式绝缘子存在缺陷的可能性最大。

　　为更全面评估存在异常局放信号气室的设备状态，对该气室的SF6气体进行检测，其中微水体积分数为187μL／L(标准值为小于500μL／L)、气体分解产物检测未发现二氧化硫和硫化氢产物，一氧化碳体积分数为6．3μL／L，SF6气体组分未发现明显异常。对该GIS气室外壳进行红外检查，也未发现异常温度点。

　　3处理情况及原因判断

　　3．1处理情况

　　在检测到5051断路器间隔GIS B相气室存在的异常局放信号后，电厂技术人员一方面联系ABB公司探讨修复方案和做好备件准备，一方面针对该气室开展每月一次的定期检测。在随后的多次检测中未发现该信号水平有较大幅度的变化。

　　2021年12月，利用线路停电机会，打开5051断路器间隔GIS B相气室进行检查，发现位于点2处的支撑盘式绝缘子下表面存在2个长宽约0．8 mm，形状不规则的黑色小点，触摸手感粗糙，为明显放电痕迹，如图11所示。另外，在点3处隔离盘式绝缘子上表面发现存在较多笔尖大小的黑色小点，但触摸未有明显粗糙感，如图12所示。

　　更换存在异常状况的两个盘式绝缘子，复装GIS，对该气室进行耐压试验及局部放电带电测试，试验结果正常，5051断路器间隔GIS B相气室异常局放信号处理完成。

　　3．2异常局放信号产生原因

　　从现场设备解体处理的情况来看，在图11中点2处的支撑盘式绝缘子上的黑色小点就是产生异常局放信号的根源。支撑盘式绝缘子上的黑色小点，位于支撑绝缘盘式绝缘子的下表面，且在2016年及以前的局放检测试验中从未检出有异常局放信号。由此可判断此处的黑色小点是由绝缘子本体缺陷发展而来，是设备的原生缺陷。

　　图12中点3处隔离盘式绝缘子上的黑色小点位于绝缘子的上表面。在此绝缘子的上方有隔离开关及接地开关的操作机构，不能完全排除操作产生的金属微粒的可能性。从厂家处了解到的信息，认为此类黑色小点有较大可能会进一步发展为异常局放信号源。

　　4结束语

　　从此次异常局放处理的案例中可以看出，对运行中的设备定期开展局部放电带电测试能够及时发现GIS设备的部分早期缺陷，对保证GIS设备安全运行有重大意义。

　　超声波局放检测和特高频(UHF)局放检测方式在现场都有普遍运用，但是对于特定缺陷，两个检测方式各有优缺点。同时采用两种检测方式可以极大提高缺陷发现概率。在处理此次GIS异常局放过程中，探测局部放电能激发的特高频(UHF)电磁波信号对微小放电表现出非常出色的检测灵敏度。

　　GIS设备结构紧凑，局放信号在其内部传输时易产生衰减。使用时间比较法，通过2个以上探头，采集同一时域信号，计算对比信号时间差，最终实现较为精确的局放位置判别。精确的位置判断能帮助检修人员充分准备检修备件及完善检修方案，可以最大化地减少缺陷处理时间，提高设备运行可靠性。GIS设备并不是完全免维护，随着GIS设备运行年限增加，其内部绝缘件原生缺陷也会有所发展。这一发展可能会引起局部放电等早期故障特征，定期开展局部放电带电测试能够及时反映设备状态的变化。

　　尽管《防止电力事故的二十五项反措》中要求GIS断路器、隔离开关和接地开关出厂试验时不少于200次的机械操作试验，但对于运行年限较长的GIS设备，产生金属微粒的可能性仍不能忽视。

　　从设备拆解的情况来看，点3处隔离盘式绝缘子同样存在缺陷，但是对该处的局部放电带电测试中却未发现明显的异常局部放电信号。对这种情况需加以警惕，并进一步进行原因分析。

　参考文献

　　[1]电气装置安装工程电气设备交接试验标准，GB50150—2006[S]．2006．

　　[2]DL／T596—1996：电力设备预防性试验规程[S]．1996．

　　[3]DL／T417—2016：电力设备局部放电现场测量导则[S]．2016．

　　[4]GB／T 7354—2018：高电压试验技术局部放电测量[S]．2018．

　　[5]Q／CSG 123003．2—2011：500 kV气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)技术规范[S]．2011．

　　[6]Q／CSG 11401—2010：气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)局部放电特高频监测技术规范[S]．2010．

　　[7]吴张建，李成榕，齐波，等．GIS局部放电检测中特高频法与超声波法灵敏度的对比研究[J]．现代电力，2010(6)：31－36．

　　[8]洪旸锦，李普明，朱林．GIS设备局部放电综合检测分析[J]．机电工程技术，2013(3)：22－25．

　　[9]宁博功，何顺．GIS设备特高频局部放电现场测试标准化作业[J]．云南电力技术，2020(5)：68－78．

　　[10]程实，陈道强，唐世虎，等．特高频带电检测技术在GIS设备中的应用研究和验证[J]．电工技术，2021(11)：177－180．

　　[11]国网宁夏电力有限公司电力科学研究院．GIS设备典型故障案例及分析[M]．北京：中国电力出版社，2019．

　　[12]卢启付，李端姣，唐志国，等．局部放电特高频检测技术[M]．北京：中国电力出版社，2017．

　　[13]唐炬．组合电器设备局部放电特高频检测与故障诊断[M]．北京：科学出版社，2015．

　　[14]代荡荡，刘芬，冯浩，等．GIS局部放电诊断技术与应用[M]．北京：科学技术文献出版社，2021．

　　[15]国网技术学院．GIS特高频与超声波局部放电检测[M]．北京：中国电力出版社，2020．