GIS超高频法检测局部放电的现场应用

摘 要：介绍了GIS超高频法（UHF）测量局部放电的原理、测量设备、测量过程及局部放电量结果分析。文中着重介绍了超高频法在皖电东送工程中淮南变和沪西变的现场应用，并对测量结果进行了分析。超高频法进行局部放电测量的优点在于可以带电测量，测量方法不改变设备的运行方式，并且可以实现在线连续监测；可有效地抑制背景噪声，如空气电晕等产生的电磁干扰频率一般均较低，超高频方法可对其进行有效抑制。

关键词：局部放电试验；超高频法；在线检测

1. 检测原理

超高频法（UHF）是通过天线传感器接受局部放电过程辐射的超高频电磁波[1]，实现局部放电的检测。研究认为，SF6气体中发生的局部放电，其信号的上升沿很陡，脉冲持续时间极短，其波头时间最短仅为几个ns[2]，相对应的频域十分宽广，放电过程可激发出数百甚至数千兆的超高频电磁波信号。传统的局部放电检测技术，由于测量频率较低，测量频带与周围环境的强干扰源的频带重叠，易受外界干扰的影响，既不能避开干扰，也不容易区分放电与干扰，即使采取复杂的抗干扰措施，也很难应用于运行设备的局部放电测量。而UHF检测技术，则是在300M～3000MHz宽频带内接收局部放电所产生的超高频电磁脉冲信号[3]。由于UHF 信号在空气中传播时衰减很快，故设备外部的超高频段的电磁干扰信号（如空气中的电晕放电），不仅频带比设备中局部放电信号的窄，其强度也会随频率增加而迅速下降，进入设备的超高频分量相对较少，因而可以避开绝大多数的空气放电脉冲干扰。而对于分布在UHF检测频段内的固定频率干扰（如移动通讯、电视、雷达等信号），则可通过调整检测频带来避开这些干扰频段，从而达到在线检测 GIS 设备局部放电信号的目的。

在皖电东送工程1100kVGIS局部放电测量用UHF传感器，局部放电产生的超高频信号可通过对内嵌式圆盘式电极检测到[4]，其结构是由圆盘式电极、终端电阻、检测接头、接地端子、端子箱构成。测量局放时，将同轴电缆连接到检测接头上。

2. 现场测量设备及主要参数

放大器、示波器、同轴电缆。其主要参数如下：

放大器TAM-411主要参数：

带宽：2-2600MHz

增益：0-60dB

工作环境温度：-20℃-50℃

数字荧光示波器 Tektronix DPO7254主要参数：

带宽：2.5GHz

采样速率：40GS/S

输入阻抗：50Ω

记录长度：64M

工作环境温度：5℃-45℃

3. 测量设备的连接及局部放电测量

测量局部放电时，测量接头与放大器之间按照如下步骤用同轴电缆连接，并设置示波器，进行测量。

（1）打开外壳，若长时间（大于1小时）不进行测量，则紧固外壳上的2颗螺栓。

（2）拆下接地端子。

（3）测量终端电阻，结果应为50±5%Ω。若电阻为0或无穷大，则电阻短路或短路，需更换传感器，重新测量。若不能及时更换，耐压时需将传感器接地。

（4）将长同轴电缆连接到传感器接头与放大器之间，将短同轴电缆连接到放大器与示波器之间；接连放大器和示波器的电源线（电源线要求三线式，必须接地。）

（5）打开示波器前盖，将放大器电源设置为ON。设置放大器的放大倍数，将ATT拨盘拨到20（放大器放大倍数=60-20=40dB）。

（6）设定示波器

设定示波器，File→Recall→Setup，选择UHF Basic Mode . set，点击Recall。

（7）测量的画面及保存

保存时，先按下示波器面板上的Run/Stop，再进行保存。File→Save As…→Screen Captures，选择保存画面的文件夹，勾选Prompt for file name before saving和Set Front Panel Button to Save，点击Save。该保存方式仅保存了当前的画面，查看局部放电测量过程进行如下操作：Display→Display Persistance →Infinite Rersistence。

（8）测量结果

局部放电信号通过1个盆式绝缘子后衰减为原来的16%，通过1个分支后衰减为原来的30%。（东芝公司经过大量试验后的统计结果）

电流脉冲法和超高频同时测量，得出校正曲线。

当用电流脉冲法测量到局部放电量为10pC时，通过校正曲线得知圆盘电极输出为500mV。若放大器增益选择为40dB，放大器输出为50000mV。在本传感器的配置中，局部放电信号通过最坏的衰减情况，即一个分支和一个盆式绝缘子，信号衰减为16%×30%=4.8%约为5%。因此，本示波器检测到的信号为 50000×0.05=2500mV。

通过观察示波器上显示的电压值，可计算局放值：

4. 测量结果分析

计算出的局放值与产品试验管理值相比较，在管理值范围内，则测量结果合格。通过所测得的局放画面，可大致分析出产生局放的原因：外界干扰（偶尔出现一次信号）和产品内部局放（持续的信号）。

在皖电东送工程中，淮南变进行了4阶段84个局部放电检测点的局部放电测量，沪西变进行了3阶段75个局部放电检测点的局部放电测量，所有局部放电检测点没有发生异常情况，测量结果均在现场背景噪声以下（现场背景噪声约为2pC）。

5. 结论

超高频法进行局放检测的优点在于可以带电测量，测量方法不改变设备的运行方式，并且可以实现在线连续监测；可有效地抑制背景噪声，如空气电晕等产生的电磁干扰频率一般均较低，超高频方法可对其进行有效抑制。但是超高频法进行局部放电试验仅能知道发生了故障， 但不能对发生故障的点进行准确的定位， 而且目前没有相应的国际及国内标准， 不能给出一个放电量大小的结果。■

参考文献

[1] 邱毓昌. 用超高频法对 GIS 绝缘进行在线监测[J].高压电气， 1997， 33（4）： 36-40.

[2] 刘卫东，黄瑜珑，王剑风等. GIS 局部放电特高频在线检测和定位[J].高压电气， 1999， 35（1）： 11-15.

[3] GB 7354-2003， 局部放电测量[S].

[4] DL 417-1991， 电力设备局部放电现场测量导则[S].

作者简介：

梁利艳（1987-），女，本科，河南平高电气股份有限公司质保部主管。

姜珊盼（1990-），女，本科，河南平高电气股份有限公司质保部主管。

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