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【摘要】传统局部放电检测方法由于其检测信号频率低、易受外界干扰、且需停电，难以应用于现场带电检测。超高频局部放电检测技术优越性已得到国际上的公认，结合广东供电公司现场情况，开发了一套局部放电测试系统，为带电设备运行状况提供了一种准确、有效的检测手段。经超高频法的GIS局部放电检测实验表明系统的实用性，大大提高GIS测试和管理的自动化水平。
【关键词】超高频；GIS；局部放电；测试系统；开发
1.引言
气体绝缘组合电器（gas insulated switchgear，GIS）在电力系统中占有重要地位，因其具有体积小、占地面积少、不受外界环境影响、检修周期长等优点，已经广泛用于高压输变电系统中[1-4]。但是从运行情况来看，事故和障碍仍然不可避免。诊断出GIS设备的隐藏性问题和发展性问题，尽早判断GIS设备的状态，将隐患消除在故障之前，是目前研究的热点[5-8]。根据部分GIS设备运行情况调研和诊断测试手段调研，开展了GIS超高频检测局放项目的研究，研究表明，通过超高频检测法能有效地判断设备的运行状态，对系统的安全运行提供了保证，节省了大量故障后检修费用，提高了系统的用电可靠性。本文在基于超高频法的电气设备局部放电监测系统的基础上，对广东供电公司下属220kV变电站的GIS进行了现场带电监测。
2.超高频法基本原理
GIS中发生局部放电的时候会激发出具有纳秒级的脉冲陡度，脉冲持续时间也介于1ns～100ns之间，可产生大量的频率在300MHz以上的超高频电磁波信号。而UHF检测技术，则是在300MHz～1500MHz宽频带内接收局部放电所产生的超高频（UHF）电磁脉冲信号。由于这个检测频段很高，可以有效的避免现场的干扰[9-10]。
3.UHF局部放电测试系统构成
3.1 测试设备及硬件系统构成
UHF局部放电监测仪由传感器探头，信号传输线、宽带放大器、电源线圈、带通滤波器、数字示波器和计算机等组成，如图1所示。
图1中宽带数字示波器可以用来采集记录和分析采集到的UHF信号。数字示波器以数据文件格式存储数据，并可以进行图谱简单分析和图像存储，并可以通过GPIB通信接口与计算机相连。
3.2 软件系统功能和构成
计算机与示波器GPIB接口相连，按照通信协议可以接收采集到的数据，进一步进行综合分析和管理。软件系统功能框图如图2所示。
整个系统功能上可分为两部分：
（1）数据综合分析功能：包括采集到数据预处理、放电位置确定、放电特征提取和放电结果分析等。
（2）数据管理功能：包括分析结果存储、修改、查询和删除等，并可以将数据（包括图像）以报表和Excel的形式输出，输出文件的路径由用户自己设置。
4.局部放电测试及分析处理
4.1 现场测试
针对深圳某220kV GIS设备，利用超高频局部放电监测仪对GIS进行了连续监测。
测试现场：在变电站现场，对超高频局放传感器布点方案进行实地查勘讨论，最终明确方案如下：
本次共明确监测点15处，其中#1主变及I母PT间隔2处；1150间隔4处；母分间隔3处；#2主变及II母PT间隔2处；1224间隔4处；
监测装置放置于母分间隔LCP柜与1224间隔LCP柜间；传感器布线长度20米。
具体测试布置点如图3如所示。
发现异常信号如下：首先对测点1和测点2进行了同步检测，结果如图4所示，对比可见测点1和测点2的信号具有很好的对应性，应当是同源信号。测点1信号强度约为测点2信号强度的3倍，可简单判定放电源在测点1附近，而距测点2相对较远。进一步利用示波器根据3个测点的宽频监测信号，对放电源进行定位，定位结果如图5所示。
从图5（a）时差定位结果可看出，测点1信号超前于测点2信号的时差约10ns（3m），可判断放电源位于测点1侧，但由于两个测点的几何距离也约为3m，所以需要确定放电源是在测点1和测点2之间，还是在测点1至出线侧。进一步利用测点1和测点3进行定位，从图5（b）可见，测点3信号超前于测点1信号约2～3ns（约40～60cm），由此可判断放电源在接地刀闸附近。
4.2 放电类型分析
所得到的放电的相位幅值图谱如图6、7所示。
超高频测试多处发现测点1处存在明显放电信号，幅值最大0.79mV，放电明显分布在1、3象限，3象限数据明显较大。经软件分析认为是悬浮放电，如图8。
测试员通过现场分析认为：诊断结果为在测点1附近存在较强烈的悬浮放电。
4.3 分析结果及建议
综合上述，所测到的信号具备了所有GIS内部局部放电的特征，可确定在“母联间隔”的“Ⅱ母线”内A相附近存在内部局部放电，因此计算机给出建议：
调整运行方式，将“Ⅱ母线”转入不带电状态；
根据运行需要，安排计划进行拆查。
实际操作中，综合考虑到定位误差、拆查范围及经济性、一次处理的彻底性，拆查的大致方案如下：
根据放电监测报警结果和放电源定位结果，可判断在主变进线间隔存在较强烈的悬浮放电，放电强度和放电频次呈增长趋势，放电源位于出线接地刀闸附近，检修中也应关注与其相邻的支撑绝缘子。建议对该设备密切关注，如监测量持续增大，尽快安排停电检修更换完成并恢复后，对该段母线重新进行耐压、局放等测试试验，以验证恢复后绝缘状态正常。
5.结论
超高频局放测量技术弥补了目前GIS设备预防性试验方法的不足，使得对GIS的局部放电检测更加的方便快捷。结合广东的GIS实际情况和现有的测试设备，开发了一套GIS局部放电数据分析管理系统，并通过利用超高频对GIS的现场带电局部放电检测，证明了整个测试系统满足测试现场需求，大大提高了GIS局部放电测试和数据管理的效率。
参考文献
[1]姚陈果，周电波等.采用超高频法监测变电站设备局放水平及其早期预警[J]，高电压技术，2011，37（7）：1670-1676.
[2]刘君华，姚明，黄成军等.GIS中局部放电电磁波的模式特性[J].高电压技术，2009，35（7）：l654-1659.
[3]李继胜，赵学风，杨景刚.GIS典型缺陷局部放电测量与分析[J].高电压技术，2009，35（10）：2440-2445.
[4]张晓星，王震，唐炬等.气体绝缘变压器局部放电超高频在线监测系统[J].高电压技术，2010，36（7）：1692-1697.
[5]高文胜，丁登伟，刘卫东等.采用特高频检测技术的局部放电源定位方法[J].高电压技术，2009，35（11）：2680-2684.
[6]钱勇，黄成军，江秀臣等.基于超高频法的GIS局部放电在线监测研究现状及展望[J].电网技术，2005，29（1）：40-43，55.
[7]Hampton B F，Meats R J.Diagnostic measurements at UHF in gas insulated substations[J].IEEE Proceedings，1998，135（2）：137-144.
[8]Kuppuswamy R，Lelaidier S.Experience with UHF partial discharge measurements[C].Proceedings of 2002 IEEE 14th In-ternational Conference on Dieleetric Liquids（ICDL 2002）.Graz，Austria：IEEE，2002：239-241.
[9]周泽存.高电压技术（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2005（9）.
[10]肖登明.电力设备在线监测与故障诊断[M].上海：上海交通大学出版社，2005（11）.
[11]李继胜，赵学风，杨景刚等.GIS典型缺陷局部放电测量与分析[J].高电压技术，2009，35（10）：2440-2445.
【关键词】超高频；GIS；局部放电；测试系统；开发
1.引言
气体绝缘组合电器（gas insulated switchgear，GIS）在电力系统中占有重要地位，因其具有体积小、占地面积少、不受外界环境影响、检修周期长等优点，已经广泛用于高压输变电系统中[1-4]。但是从运行情况来看，事故和障碍仍然不可避免。诊断出GIS设备的隐藏性问题和发展性问题，尽早判断GIS设备的状态，将隐患消除在故障之前，是目前研究的热点[5-8]。根据部分GIS设备运行情况调研和诊断测试手段调研，开展了GIS超高频检测局放项目的研究，研究表明，通过超高频检测法能有效地判断设备的运行状态，对系统的安全运行提供了保证，节省了大量故障后检修费用，提高了系统的用电可靠性。本文在基于超高频法的电气设备局部放电监测系统的基础上，对广东供电公司下属220kV变电站的GIS进行了现场带电监测。
2.超高频法基本原理
GIS中发生局部放电的时候会激发出具有纳秒级的脉冲陡度，脉冲持续时间也介于1ns～100ns之间，可产生大量的频率在300MHz以上的超高频电磁波信号。而UHF检测技术，则是在300MHz～1500MHz宽频带内接收局部放电所产生的超高频（UHF）电磁脉冲信号。由于这个检测频段很高，可以有效的避免现场的干扰[9-10]。
3.UHF局部放电测试系统构成
3.1 测试设备及硬件系统构成
UHF局部放电监测仪由传感器探头，信号传输线、宽带放大器、电源线圈、带通滤波器、数字示波器和计算机等组成，如图1所示。
图1中宽带数字示波器可以用来采集记录和分析采集到的UHF信号。数字示波器以数据文件格式存储数据，并可以进行图谱简单分析和图像存储，并可以通过GPIB通信接口与计算机相连。
3.2 软件系统功能和构成
计算机与示波器GPIB接口相连，按照通信协议可以接收采集到的数据，进一步进行综合分析和管理。软件系统功能框图如图2所示。
整个系统功能上可分为两部分：
（1）数据综合分析功能：包括采集到数据预处理、放电位置确定、放电特征提取和放电结果分析等。
（2）数据管理功能：包括分析结果存储、修改、查询和删除等，并可以将数据（包括图像）以报表和Excel的形式输出，输出文件的路径由用户自己设置。
4.局部放电测试及分析处理
4.1 现场测试
针对深圳某220kV GIS设备，利用超高频局部放电监测仪对GIS进行了连续监测。
测试现场：在变电站现场，对超高频局放传感器布点方案进行实地查勘讨论，最终明确方案如下：
本次共明确监测点15处，其中#1主变及I母PT间隔2处；1150间隔4处；母分间隔3处；#2主变及II母PT间隔2处；1224间隔4处；
监测装置放置于母分间隔LCP柜与1224间隔LCP柜间；传感器布线长度20米。
具体测试布置点如图3如所示。
发现异常信号如下：首先对测点1和测点2进行了同步检测，结果如图4所示，对比可见测点1和测点2的信号具有很好的对应性，应当是同源信号。测点1信号强度约为测点2信号强度的3倍，可简单判定放电源在测点1附近，而距测点2相对较远。进一步利用示波器根据3个测点的宽频监测信号，对放电源进行定位，定位结果如图5所示。
从图5（a）时差定位结果可看出，测点1信号超前于测点2信号的时差约10ns（3m），可判断放电源位于测点1侧，但由于两个测点的几何距离也约为3m，所以需要确定放电源是在测点1和测点2之间，还是在测点1至出线侧。进一步利用测点1和测点3进行定位，从图5（b）可见，测点3信号超前于测点1信号约2～3ns（约40～60cm），由此可判断放电源在接地刀闸附近。
4.2 放电类型分析
所得到的放电的相位幅值图谱如图6、7所示。
超高频测试多处发现测点1处存在明显放电信号，幅值最大0.79mV，放电明显分布在1、3象限，3象限数据明显较大。经软件分析认为是悬浮放电，如图8。
测试员通过现场分析认为：诊断结果为在测点1附近存在较强烈的悬浮放电。
4.3 分析结果及建议
综合上述，所测到的信号具备了所有GIS内部局部放电的特征，可确定在“母联间隔”的“Ⅱ母线”内A相附近存在内部局部放电，因此计算机给出建议：
调整运行方式，将“Ⅱ母线”转入不带电状态；
根据运行需要，安排计划进行拆查。
实际操作中，综合考虑到定位误差、拆查范围及经济性、一次处理的彻底性，拆查的大致方案如下：
根据放电监测报警结果和放电源定位结果，可判断在主变进线间隔存在较强烈的悬浮放电，放电强度和放电频次呈增长趋势，放电源位于出线接地刀闸附近，检修中也应关注与其相邻的支撑绝缘子。建议对该设备密切关注，如监测量持续增大，尽快安排停电检修更换完成并恢复后，对该段母线重新进行耐压、局放等测试试验，以验证恢复后绝缘状态正常。
5.结论
超高频局放测量技术弥补了目前GIS设备预防性试验方法的不足，使得对GIS的局部放电检测更加的方便快捷。结合广东的GIS实际情况和现有的测试设备，开发了一套GIS局部放电数据分析管理系统，并通过利用超高频对GIS的现场带电局部放电检测，证明了整个测试系统满足测试现场需求，大大提高了GIS局部放电测试和数据管理的效率。
参考文献
[1]姚陈果，周电波等.采用超高频法监测变电站设备局放水平及其早期预警[J]，高电压技术，2011，37（7）：1670-1676.
[2]刘君华，姚明，黄成军等.GIS中局部放电电磁波的模式特性[J].高电压技术，2009，35（7）：l654-1659.
[3]李继胜，赵学风，杨景刚.GIS典型缺陷局部放电测量与分析[J].高电压技术，2009，35（10）：2440-2445.
[4]张晓星，王震，唐炬等.气体绝缘变压器局部放电超高频在线监测系统[J].高电压技术，2010，36（7）：1692-1697.
[5]高文胜，丁登伟，刘卫东等.采用特高频检测技术的局部放电源定位方法[J].高电压技术，2009，35（11）：2680-2684.
[6]钱勇，黄成军，江秀臣等.基于超高频法的GIS局部放电在线监测研究现状及展望[J].电网技术，2005，29（1）：40-43，55.
[7]Hampton B F，Meats R J.Diagnostic measurements at UHF in gas insulated substations[J].IEEE Proceedings，1998，135（2）：137-144.
[8]Kuppuswamy R，Lelaidier S.Experience with UHF partial discharge measurements[C].Proceedings of 2002 IEEE 14th In-ternational Conference on Dieleetric Liquids（ICDL 2002）.Graz，Austria：IEEE，2002：239-241.
[9]周泽存.高电压技术（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2005（9）.
[10]肖登明.电力设备在线监测与故障诊断[M].上海：上海交通大学出版社，2005（11）.
[11]李继胜，赵学风，杨景刚等.GIS典型缺陷局部放电测量与分析[J].高电压技术，2009，35（10）：2440-2445.