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深圳供电局有限公司 广东深圳 518001
摘要：文中介绍了超声波局放测试仪延长杆的结构及原理，同时，阐述局放脉冲在理论分析上可以用单指数振荡衰减模型（SEAOW）和双指数振荡衰减模型（DEAOW）来进行模拟；并且阐述了利用该超声波局放测试仪延长杆定位出500 kV GIS交流耐压局放试验中放电击穿位置的过程，从而验证了超声波局放测试仪延长杆在耐压局放过程中寻找放电点是行之有效的，为及早地发现GIS设备绝缘缺陷提供了有效检测方法和依据。
关键词：超声波；延长杆；GIS；耐压；局放；定位
引言
城市电网的迅速发展要求更加可靠的气体绝缘金属封闭开关设备（GIS[1]）。由于GIS在运输过程中容易受到机械振动和撞击，可能导致GIS元件或内部紧固件出现松动和相对位移的现象。在GIS安装过程中容易出现联结、密封失误、安装错位的情况，导致绝缘事故的发生。因此必须要求GIS在投运之前进行严格的现场耐压试验。与此同时，上述情况往往会导致GIS的放电击穿，而大部分的放电击穿现象均能够在故障前通过现场局部放电[2]（以下简称局放）的方式发现，因此现场局放试验也越来越受到重视。就在2013年，通过耐压局放的方式，成功发现某变电站GIS在耐压过程中存在多处放电现象，并成功定位出，探索出了一条有效的耐压局放定位之路。
1 原理
1.1 超声波法
当发生局部放电时，将会产生一个电荷的中和过程，相应的会有一个较陡的电流脉冲，电流脉冲的作用使得局部放电发生的局部区域瞬间受热而膨胀，形成一个类似“爆炸”的效果，放电结束后原来因为受热而膨胀的局部区域恢复到原来的体积。这种由于局部放电产生的一胀一缩的体积变化引起了介质的疏密瞬间变化，形成超声波，从局部放电点以球面波的方式向四周传播，并在金属外壳上出现各种声波，如纵波、横波和表面波等。因此可以将超声波传感器安装在电力设备金属外壳上检测局部放电产生声信号的方法称为超声波（Ultrasonic）检测法[3-6]。
1.2超声波局放测试仪延长杆
超声波局放测试仪延长杆[7-8]是用于对设备进行带电局放试验或是耐压过程中进行超声波局放监测与定位[9]，同时为了适应现场情况，方便现场试验人员操作，超声波局放测试仪延长杆由探棒及电木构成，具体结构如图1：
图1 超声波局放测试仪延长杆结构示意图
超声波局放测试仪延长杆有以下优点：
（1）使用由玻璃纤维材料制成的探棒1与超声波传感器相连，在保证了信号传输有效性的同时延长了超声波局放测试的可测距离。
（2）采用由绝缘复合材料制成的探棒2作为超声波带电局部放电测试仪传感器延长杆的一部分，在延长了超声波局放测试的可测距离的同时保证了与电气设备的安全距离。
1.3 模拟试验
（1）理论分析。工程上经传感器检测到的一般都是震荡衰减信号，这种局放脉冲在理论分析上可以用如下的单指数震荡衰减模型（SEAOW）和双指数震荡衰减模型（DEAOW）来进行模拟（该局放监测系统从原理设计上来说是基于上述两模型进行研发，而在进行局放监测时，正是运用了局放的震荡衰减这一特征进行局放定位），分别如式（1）和式（2）所示，其数学表达式为[10]
（1）
（2）
式中：为局放脉冲幅值；为衰减系数；为震荡频率。为了验证基于超声波法GIS耐压局放监测系统的震荡衰减效果，本文选择了表1所示的局放脉冲参数[11-12]，模拟局放信号，如图2所示。
t/μs
图2 单、双指数震荡衰减模型
表1 模型参数
模型 幅值/mV 衰减系数/μs 频率/MHz
1 SEAOW 100 12 0.3
2 SEAOW 100 14 0.28
3 DEAOW 300 10 0.25
4 DEAOW 450 10 0.15
（2）模拟试验。试验目的是验证超声波局放测试仪延长杆是否能够根据局放信号的衰减特性，有效地发现放电点。在试验中耐压击穿性能试验布置了5个超声信号检测点，分别为2号、3号、4号、6号和22号检测点，在GIS内人为加入一螺杆，气压为0.2 Mpa.升压至640 kV发生了击穿，具体情况如图3所示。
图3 检测点布置图片
图4 幅值衰减图（通道）
（1）由图4可见信号强弱排序：6号通道 > 4号通道 > 3号通道 > 22号通道> 2号通道。6号通道为本次击穿点附近信号；4号为本次击穿信号通过1个通盆和1个不同盆后的信号；3号为击穿信号通过1个通盆和3个不通盆后的信号；22号为击穿信号通过2个通盆和3个不通盆后的信号；2号为击穿信号通过1个通盆和5个不通盆后的信号。
（2）监测到的信号强弱排序与放电源离探头的距离远近完全吻合。
（3）超声波受盆式绝缘子的阻碍作用明显，并且死盘比通盘的阻碍作用大很多。
（4）最近点6号在击穿（95.7 s出现明显的放电现象，在122.4 s发生击穿）26.7 s前就接收到了缺陷的局放信号，并逐步增加直至击穿。
通过上述理论及现场模拟试验可以得知，超声波局放测试仪延长杆可以根据放电信号的衰减特性，有效地检测出击穿放电的所在位置。
2 故障点发现经过
2.1概况
某500 kV GIS共10个断路器间隔和2个母线间隔。开始时，该GIS交流耐压及局放定位试验方案为：
（1）耐压总共分两个区域进行，如图4中的红色虚线部分，第一耐压区域设备包括串内第3、4串，另加部分I和II母线气室，从号2主变间隔的进线套管处加压；第二耐压区域设备包括串内第6、7串，另加部分II和I母气室及母线PT间隔，从号4主变间隔的进线套管处加压；且上述加压方式均为分相加压。 图5 耐压试验简图
（2）在本次试验中，利用基于超声波法GIS耐压局放监测系统（无线传输）初步对设备有无局放及局放部位进行判断，若存在局部放电现象，为防止放电对试验仪器的影响，则利用超声波局放测试仪延长杆进行定位；
（3）开始时，基于超声波法GIS耐压局放监测系统的监测单元布置方案为：每个断路器布置一个监测单元，母线气室每15m左右布置一个监测单元，若存在局放，则根据初步定位安置超声波局放测试仪延长杆检测位置。
2.2试验现象及定位分析
2.2.1第一耐压区域试验现象及定位分析
（1）B相试验现象
B相耐压试验频率77 Hz，电压加至568 kV，持续1 min，无击穿现象，一次性通过。
（2）C相试验现象及定位分析
C相耐压试验频率77 Hz，加压至530 kV时，GIS设备击穿。超声波局放监测表明：5042开关处传感器检测到的信号幅值和脉冲时间宽度明显大于其余传感器的信号，如图6，分析认为击穿位于5042开关附近（下图从左至右分别是5043开关、5042开关和5041开关超声波信号图）。
图6 5043开关、5042开关和5041开关处超声波信号图
为进一步定位故障部位，利用超声波局放测试仪延长杆在5042开关间隔独立气室逐一布置检测点，并在50421CT气室也布置一个检测点。然后对C相再次加压，电压加至568 kV，持续1min，无击穿现象。
耐压试验结束后，对5042开关间隔相关气室进行分解物测试。5042开关气室、50421和50422刀闸气室、以及50422CT气室均未检测到SO2和H2S，但50421CT气室检测到SO2和H2S，3次检测结果如下表2。结合超声波局放测试仪延长杆测试结果和分解物测试结果，可确认第1次击穿发生在50421CT气室。
表2 50421CT气室分解物3次测试结果
分解产物 第1次 第2次 第3次
SO2/ppm 2.0 1.6 1.5
H2S/ppm 0.4 0 0.5
备注：50421CT气室3次分解物间，均用标准新气对测试仪器进行清洗。
（3）A相试验现象及定位分析
图7 第一次耐压5043开关附近I母传感器布置和监测数据
A相耐压试验频率77 Hz，加压至547 kV时，GIS设备击穿。超声波局放监测表明：5043开关附近I母上号3传感器检测到的信号幅值和脉冲时间宽度明显大于其余传感器的信号，如图7所示。
分析认为击穿位置位于I母上号3传感器附近，但也有可能位于图8所示的蓝色区域。为进一步定位故障部位，利用超声波局放测试仪延长杆在5043开关附近I母拐角处每5 m布置一个检测点，其余部位不变。对A相再次加压，加压至494 kV时，再次击穿。超声波试验数据表明：I母拐角处超声波信号幅值和脉冲时间宽度明显大于其余部位信号，如图8所示，且图8所标注的蓝色区域信号明显偏小，说明击穿位置位于图8标注的蓝色区域。断开A相I母，对其余部分再次加压，耐压通过。
图8 第2次耐压5043开关附近I母检测点布置和试验数据
2.2.2第二耐压区域试验现象及定位分析
（1）B相试验现象及定位分析
B相耐压试验频率68 Hz，电压加至568 kV，持续4 s时，GIS设备击穿。超声波局放监测表明：II母上号2传感器检测到的信号幅值和脉冲时间宽度明显大于其余传感器的信号，如图9所示。后检查发现号3传感器断线，分析认为本次放电位于图9中的蓝色虚线区域。
图9 II母部分传感器布置及检测图（1）
为进一步定位故障部位，利用超声波局放测试仪延长杆在II母拐角处附近每5 m布置一个检测点，其余部位不变。对B相再次加压，加压至289 kV时，再次击穿。超声波试验结果表明：II母号1传感器检测到的信号幅值和脉冲时间宽度明显大于其余传感器的信号，如图10所示，分析认为本次放电位于图10中的蓝色虚线区域。
图10 II母部分检测点布置及检测图（2）
对II母部分气室进行分解物测试，号1、号5、号6和号2检测点在同一气室，号3和号7检测点在同一气室。检测结果表明，除号1、号5、号6和号2检测点所在气室检测到SO2（1μL/L）外，其余气室均未检测到SO2和H2S。结合超声波局放数据和分解物测试结果，可确认两次击穿均发生在号1、号5、号6和号2检测点所在气室，第1次击穿发生在号2检测点附近，第2次击穿发生在号1检测点附近。
断开B相II母，对其余部分再次加压，耐压通过。
（2）C相试验现象及分析
C相耐压试验频率69 Hz，电压加至568 kV，持续1 min，无击穿现象，一次性通过。
（3）A相试验现象及分析
A相I母和II母均带母线PT，厂家要求PT耐压时试验频率应高于80 Hz，因此试验又分两次进行。第一次耐压设备包括5071和5061开关间隔、号4主变进线套管及气室、XXI线出线套管及气室、I母PT及部分I母，耐压试验频率89 Hz，电压加至568 kV，持续1 min，无击穿现象，一次性通过。第二次耐压设备包括5072、5073和5062开关间隔，号4主变进线套管及气室、XXII线出线套管及气室、II母PT及部分II母，耐压试验频率88 Hz，电压加至568 kV，持续1 min，无击穿现象，一次性通过。
3解体检查
3.1 50421CT C相解体检查
整个CT气室内无明显异物，CT一次导体表面光滑度较好，无任何电弧灼伤痕迹，CT气室中间的盆式绝缘子（以下简称“盆子”）凸面侧沿面闪络，如图11，该盆子安装时水平布置且凸面侧朝上，盆子中心嵌件边缘（靠闪络弧道侧）有被电弧灼伤的痕迹，闪络弧道对应的密封圈和罐体处有电弧灼伤痕迹。因仅击穿一次，沿面闪络弧道在盆子表面颜色较浅。闪络的盆子除表面有闪络通道外，整个盆子表面色泽及光滑度较好，无明显其它缺陷。靠开关及隔离开关两端盆子（均是隔盆）CT侧表面无明显异常。 图11 CT气室中间盆子沿面闪络图
3.2 5043开关附近A相I母拐角处解体检查
整个母线气室内无明显异物，一次导体表面光滑度较好，无任何电弧灼伤痕迹，母线气室中间的盆子凸面侧沿面闪络，两道闪络弧道明显（耐压过程中击穿两次），如图12，该盆子垂直布置，盆子中心嵌件边缘（靠闪络弧道）有被电弧灼伤的痕迹，闪络弧道对应密封圈和罐体处有电弧灼伤的痕迹。因击穿两次，沿面闪络弧道在盆子表面颜色略深，闪络的盆子除表面有闪络通道外，整个盆子表面色泽及光滑度较好，无明显其它缺陷。
图12 5043开关附近A相I母盆子沿面闪络图
3.3 第6和7串附近B相II母解体检查
解体发现该段母线气室有2个明显的击穿故障点，与上述超声波定位判断一致，且气室内有遗留的小颗粒，如图13所示。
图13 气室内遗留颗粒图
图14 导体电弧灼伤图
图15 盆子沿面闪络图
一处是中心导体表面有明显电弧灼伤的痕迹，如图14，导体其余表面光滑度较好。另一处是盆子凹面侧闪络，多道闪络弧道明显（耐压过程中击穿多次，因击穿后谐振电压跌落不多引起，后期手动切断电源），如图15，该盆子垂直布置，盆子中心嵌件边缘（靠闪络弧道）有明显被电弧灼伤的痕迹，闪络弧道对应的密封圈和罐体处有电弧烧黑痕迹。闪络盆子凹面侧的屏蔽罩上靠近嵌件侧有一明显凹痕，该凹痕未被电弧灼伤，且表面油漆完好，表明该凹痕非屏蔽罩和利器碰撞所致。安装完成后，在盆子表面未受损伤时，该屏蔽罩不可能单方面出现如此凹痕，可见该屏蔽罩在安装前就已出现了凹痕。
屏蔽罩表面出现凹痕后，引起表面电场畸变，但畸变不足以使盆子屏蔽罩对盆子击穿。从盆子表面电弧分布来看，盆子沿面闪络在先。在盆子表面电弧的作用下，屏蔽罩表面电场畸变严重处和盆子表面电弧贯穿，改变盆子表面闪络弧道，使闪络弧道沿图15左侧图中红色实线方向分布，靠近盆子嵌件的部分电弧被截弧，导致盆子沿面弧道在截弧分界线两侧颜色明显不一致。屏蔽罩表面电场畸变严重处出现被电弧灼伤的深坑，在深坑周围的屏蔽罩表面油漆被电弧熏黑。
因击穿多次，沿面闪络弧道在盆子表面颜色很深。闪络的盆子除表面有闪络通道外，整个盆子表面色泽及光滑度较好，无明显其它缺陷。结合超声波定位信息，中心导体击穿电压是568 kV，盆子击穿电压低于300 kV。
4 原因分析
在耐压试验前，根据标准对钢瓶SF6进行了全组分分析，对GIS设备独立气室逐个进行微水及纯度测试，数据均满足标准要求，说明本次耐压试验的几次击穿故障和SF6无关。
4.1 中心导体放电原因分析
因罐体内壁未发现明显电弧灼伤点，中心导体电弧灼伤痕迹明显，因此电弧应是从中心导体开始向罐壁发展。击穿放电原因在于中心导体上存在毛刺尖端，尖端处电场严重畸变，电压升高到一定值时开始放电，继续升高时发生贯穿性放电击穿。
4.2 盆子闪络原因分析
（1）闪络盆子燃弧痕迹的分析。盆子仅表面存在有燃弧引起的跨越痕，燃弧仅限于盆子某一方位区，且系弧道电阻较大的沿面闪络，而无任何击穿点，表明击穿故障仅限于盆子表面，因某种外因使电场畸变。
（2）闪络盆子质量分析。出厂前盆子逐个进行耐压、局放和X射线试验。对击穿的盆子进行再次耐压时，一个盆子耐压通过，两个盆子的击穿电压依然较高，说明盆子整体绝缘性能在每次击穿后恢复良好，盆子本身不存在问题。
（3）盆子表面及附近区域存在杂质分析。解体证实盆子表面或其附近区域有灰尘杂质，此类杂质在电场力及机械振动的作用下，位置发生变化，导致局部电场畸变，引起盆子沿面放电。B相II母侧的1个盆子在568kV时未击穿，说明当时杂质还处于分散状态，不足以引起盆子沿面闪络。这些灰尘杂质在电场力的作用下，沿电力线方向重新排列、漂移，并被极化、桥接，形成放电通道。杂质遗留的原因一是从厂内带出，另一原因是现场混入。据了解，放电的几个盆子均在现场打开搭接过，且 GIS清理及安装工作在GIS场地进行，现场环境较差，周围水泥地坪未做，周围均为裸露黄土地，不时有大型工程机械通过，车辆及大风吹起的尘土容易进入GIS内部。
综合上述几点，盆子在基本排除本身品质问题的情况下，认为悬浮微粒或污染物在电场力作用下进入故障盆子表面，改变了气室内部空间电场分布，导致局部电场发生畸变，最终由悬浮微粒或污染物引起盆子嵌件沿面对外壳放电，致使事故发生。
5 后续处理
（1）换有闪络痕迹的盆子，充入的SF6气体再次使用前应送省电科院进行全分析，合格后方可使用；
（2）对中心导体及罐体的电弧灼伤部位进行打磨，并彻底清除表面的粉尘；
（3）制造厂应加强设备质量管控（包含生产车间和变电站现场），确保GIS任一部件及辅件的完好性；
（4）制造厂严把装配工艺关（包含生产车间和变电站现场），确保气室内清洁度，清除任何遗留物，特别是盆子因爬电距离小，表面必须清理干净，否则极易造成沿面放电；确保中心导体、屏蔽罩及罐体内壁表面的光滑度，清除表面任何尖端；
（5）在GIS交流耐压过程中，应结合现有的监测及分解物检测技术定位击穿部位；即使是击穿一次后再次耐压通过的，也应对相应击穿部位进行解体检查并处理。
6 结论
（1）运用局放的衰减震荡特性特征，有利于在耐压过程中表征GIS局放信号的变化情况；
（2）上述超声波局放测试仪延长杆具有对超声信号衰减小、绝缘性能好等优点，能有效定位GIS在耐压过程中的击穿部位；
（3）上述超声波局放测试仪延长杆及相关试验仪器是基于单一的超声波原理进行研发的，所以并不能监测到GIS中所有不同类型的局放信号； 参考文献：
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[12]王辉，黄成军，姚林朋，等. 利用重排分布理论的GIS局放信号时频分析[J].高电压技术，2010，36（9）：2236-2241.
作者简介：
刘连（1988-），男，广东深圳人，工程师，从事高电压试验等方面工作。
摘要：文中介绍了超声波局放测试仪延长杆的结构及原理，同时，阐述局放脉冲在理论分析上可以用单指数振荡衰减模型（SEAOW）和双指数振荡衰减模型（DEAOW）来进行模拟；并且阐述了利用该超声波局放测试仪延长杆定位出500 kV GIS交流耐压局放试验中放电击穿位置的过程，从而验证了超声波局放测试仪延长杆在耐压局放过程中寻找放电点是行之有效的，为及早地发现GIS设备绝缘缺陷提供了有效检测方法和依据。
关键词：超声波；延长杆；GIS；耐压；局放；定位
引言
城市电网的迅速发展要求更加可靠的气体绝缘金属封闭开关设备（GIS[1]）。由于GIS在运输过程中容易受到机械振动和撞击，可能导致GIS元件或内部紧固件出现松动和相对位移的现象。在GIS安装过程中容易出现联结、密封失误、安装错位的情况，导致绝缘事故的发生。因此必须要求GIS在投运之前进行严格的现场耐压试验。与此同时，上述情况往往会导致GIS的放电击穿，而大部分的放电击穿现象均能够在故障前通过现场局部放电[2]（以下简称局放）的方式发现，因此现场局放试验也越来越受到重视。就在2013年，通过耐压局放的方式，成功发现某变电站GIS在耐压过程中存在多处放电现象，并成功定位出，探索出了一条有效的耐压局放定位之路。
1 原理
1.1 超声波法
当发生局部放电时，将会产生一个电荷的中和过程，相应的会有一个较陡的电流脉冲，电流脉冲的作用使得局部放电发生的局部区域瞬间受热而膨胀，形成一个类似“爆炸”的效果，放电结束后原来因为受热而膨胀的局部区域恢复到原来的体积。这种由于局部放电产生的一胀一缩的体积变化引起了介质的疏密瞬间变化，形成超声波，从局部放电点以球面波的方式向四周传播，并在金属外壳上出现各种声波，如纵波、横波和表面波等。因此可以将超声波传感器安装在电力设备金属外壳上检测局部放电产生声信号的方法称为超声波（Ultrasonic）检测法[3-6]。
1.2超声波局放测试仪延长杆
超声波局放测试仪延长杆[7-8]是用于对设备进行带电局放试验或是耐压过程中进行超声波局放监测与定位[9]，同时为了适应现场情况，方便现场试验人员操作，超声波局放测试仪延长杆由探棒及电木构成，具体结构如图1：
图1 超声波局放测试仪延长杆结构示意图
超声波局放测试仪延长杆有以下优点：
（1）使用由玻璃纤维材料制成的探棒1与超声波传感器相连，在保证了信号传输有效性的同时延长了超声波局放测试的可测距离。
（2）采用由绝缘复合材料制成的探棒2作为超声波带电局部放电测试仪传感器延长杆的一部分，在延长了超声波局放测试的可测距离的同时保证了与电气设备的安全距离。
1.3 模拟试验
（1）理论分析。工程上经传感器检测到的一般都是震荡衰减信号，这种局放脉冲在理论分析上可以用如下的单指数震荡衰减模型（SEAOW）和双指数震荡衰减模型（DEAOW）来进行模拟（该局放监测系统从原理设计上来说是基于上述两模型进行研发，而在进行局放监测时，正是运用了局放的震荡衰减这一特征进行局放定位），分别如式（1）和式（2）所示，其数学表达式为[10]
（1）
（2）
式中：为局放脉冲幅值；为衰减系数；为震荡频率。为了验证基于超声波法GIS耐压局放监测系统的震荡衰减效果，本文选择了表1所示的局放脉冲参数[11-12]，模拟局放信号，如图2所示。
t/μs
图2 单、双指数震荡衰减模型
表1 模型参数
模型 幅值/mV 衰减系数/μs 频率/MHz
1 SEAOW 100 12 0.3
2 SEAOW 100 14 0.28
3 DEAOW 300 10 0.25
4 DEAOW 450 10 0.15
（2）模拟试验。试验目的是验证超声波局放测试仪延长杆是否能够根据局放信号的衰减特性，有效地发现放电点。在试验中耐压击穿性能试验布置了5个超声信号检测点，分别为2号、3号、4号、6号和22号检测点，在GIS内人为加入一螺杆，气压为0.2 Mpa.升压至640 kV发生了击穿，具体情况如图3所示。
图3 检测点布置图片
图4 幅值衰减图（通道）
（1）由图4可见信号强弱排序：6号通道 > 4号通道 > 3号通道 > 22号通道> 2号通道。6号通道为本次击穿点附近信号；4号为本次击穿信号通过1个通盆和1个不同盆后的信号；3号为击穿信号通过1个通盆和3个不通盆后的信号；22号为击穿信号通过2个通盆和3个不通盆后的信号；2号为击穿信号通过1个通盆和5个不通盆后的信号。
（2）监测到的信号强弱排序与放电源离探头的距离远近完全吻合。
（3）超声波受盆式绝缘子的阻碍作用明显，并且死盘比通盘的阻碍作用大很多。
（4）最近点6号在击穿（95.7 s出现明显的放电现象，在122.4 s发生击穿）26.7 s前就接收到了缺陷的局放信号，并逐步增加直至击穿。
通过上述理论及现场模拟试验可以得知，超声波局放测试仪延长杆可以根据放电信号的衰减特性，有效地检测出击穿放电的所在位置。
2 故障点发现经过
2.1概况
某500 kV GIS共10个断路器间隔和2个母线间隔。开始时，该GIS交流耐压及局放定位试验方案为：
（1）耐压总共分两个区域进行，如图4中的红色虚线部分，第一耐压区域设备包括串内第3、4串，另加部分I和II母线气室，从号2主变间隔的进线套管处加压；第二耐压区域设备包括串内第6、7串，另加部分II和I母气室及母线PT间隔，从号4主变间隔的进线套管处加压；且上述加压方式均为分相加压。 图5 耐压试验简图
（2）在本次试验中，利用基于超声波法GIS耐压局放监测系统（无线传输）初步对设备有无局放及局放部位进行判断，若存在局部放电现象，为防止放电对试验仪器的影响，则利用超声波局放测试仪延长杆进行定位；
（3）开始时，基于超声波法GIS耐压局放监测系统的监测单元布置方案为：每个断路器布置一个监测单元，母线气室每15m左右布置一个监测单元，若存在局放，则根据初步定位安置超声波局放测试仪延长杆检测位置。
2.2试验现象及定位分析
2.2.1第一耐压区域试验现象及定位分析
（1）B相试验现象
B相耐压试验频率77 Hz，电压加至568 kV，持续1 min，无击穿现象，一次性通过。
（2）C相试验现象及定位分析
C相耐压试验频率77 Hz，加压至530 kV时，GIS设备击穿。超声波局放监测表明：5042开关处传感器检测到的信号幅值和脉冲时间宽度明显大于其余传感器的信号，如图6，分析认为击穿位于5042开关附近（下图从左至右分别是5043开关、5042开关和5041开关超声波信号图）。
图6 5043开关、5042开关和5041开关处超声波信号图
为进一步定位故障部位，利用超声波局放测试仪延长杆在5042开关间隔独立气室逐一布置检测点，并在50421CT气室也布置一个检测点。然后对C相再次加压，电压加至568 kV，持续1min，无击穿现象。
耐压试验结束后，对5042开关间隔相关气室进行分解物测试。5042开关气室、50421和50422刀闸气室、以及50422CT气室均未检测到SO2和H2S，但50421CT气室检测到SO2和H2S，3次检测结果如下表2。结合超声波局放测试仪延长杆测试结果和分解物测试结果，可确认第1次击穿发生在50421CT气室。
表2 50421CT气室分解物3次测试结果
分解产物 第1次 第2次 第3次
SO2/ppm 2.0 1.6 1.5
H2S/ppm 0.4 0 0.5
备注：50421CT气室3次分解物间，均用标准新气对测试仪器进行清洗。
（3）A相试验现象及定位分析
图7 第一次耐压5043开关附近I母传感器布置和监测数据
A相耐压试验频率77 Hz，加压至547 kV时，GIS设备击穿。超声波局放监测表明：5043开关附近I母上号3传感器检测到的信号幅值和脉冲时间宽度明显大于其余传感器的信号，如图7所示。
分析认为击穿位置位于I母上号3传感器附近，但也有可能位于图8所示的蓝色区域。为进一步定位故障部位，利用超声波局放测试仪延长杆在5043开关附近I母拐角处每5 m布置一个检测点，其余部位不变。对A相再次加压，加压至494 kV时，再次击穿。超声波试验数据表明：I母拐角处超声波信号幅值和脉冲时间宽度明显大于其余部位信号，如图8所示，且图8所标注的蓝色区域信号明显偏小，说明击穿位置位于图8标注的蓝色区域。断开A相I母，对其余部分再次加压，耐压通过。
图8 第2次耐压5043开关附近I母检测点布置和试验数据
2.2.2第二耐压区域试验现象及定位分析
（1）B相试验现象及定位分析
B相耐压试验频率68 Hz，电压加至568 kV，持续4 s时，GIS设备击穿。超声波局放监测表明：II母上号2传感器检测到的信号幅值和脉冲时间宽度明显大于其余传感器的信号，如图9所示。后检查发现号3传感器断线，分析认为本次放电位于图9中的蓝色虚线区域。
图9 II母部分传感器布置及检测图（1）
为进一步定位故障部位，利用超声波局放测试仪延长杆在II母拐角处附近每5 m布置一个检测点，其余部位不变。对B相再次加压，加压至289 kV时，再次击穿。超声波试验结果表明：II母号1传感器检测到的信号幅值和脉冲时间宽度明显大于其余传感器的信号，如图10所示，分析认为本次放电位于图10中的蓝色虚线区域。
图10 II母部分检测点布置及检测图（2）
对II母部分气室进行分解物测试，号1、号5、号6和号2检测点在同一气室，号3和号7检测点在同一气室。检测结果表明，除号1、号5、号6和号2检测点所在气室检测到SO2（1μL/L）外，其余气室均未检测到SO2和H2S。结合超声波局放数据和分解物测试结果，可确认两次击穿均发生在号1、号5、号6和号2检测点所在气室，第1次击穿发生在号2检测点附近，第2次击穿发生在号1检测点附近。
断开B相II母，对其余部分再次加压，耐压通过。
（2）C相试验现象及分析
C相耐压试验频率69 Hz，电压加至568 kV，持续1 min，无击穿现象，一次性通过。
（3）A相试验现象及分析
A相I母和II母均带母线PT，厂家要求PT耐压时试验频率应高于80 Hz，因此试验又分两次进行。第一次耐压设备包括5071和5061开关间隔、号4主变进线套管及气室、XXI线出线套管及气室、I母PT及部分I母，耐压试验频率89 Hz，电压加至568 kV，持续1 min，无击穿现象，一次性通过。第二次耐压设备包括5072、5073和5062开关间隔，号4主变进线套管及气室、XXII线出线套管及气室、II母PT及部分II母，耐压试验频率88 Hz，电压加至568 kV，持续1 min，无击穿现象，一次性通过。
3解体检查
3.1 50421CT C相解体检查
整个CT气室内无明显异物，CT一次导体表面光滑度较好，无任何电弧灼伤痕迹，CT气室中间的盆式绝缘子（以下简称“盆子”）凸面侧沿面闪络，如图11，该盆子安装时水平布置且凸面侧朝上，盆子中心嵌件边缘（靠闪络弧道侧）有被电弧灼伤的痕迹，闪络弧道对应的密封圈和罐体处有电弧灼伤痕迹。因仅击穿一次，沿面闪络弧道在盆子表面颜色较浅。闪络的盆子除表面有闪络通道外，整个盆子表面色泽及光滑度较好，无明显其它缺陷。靠开关及隔离开关两端盆子（均是隔盆）CT侧表面无明显异常。 图11 CT气室中间盆子沿面闪络图
3.2 5043开关附近A相I母拐角处解体检查
整个母线气室内无明显异物，一次导体表面光滑度较好，无任何电弧灼伤痕迹，母线气室中间的盆子凸面侧沿面闪络，两道闪络弧道明显（耐压过程中击穿两次），如图12，该盆子垂直布置，盆子中心嵌件边缘（靠闪络弧道）有被电弧灼伤的痕迹，闪络弧道对应密封圈和罐体处有电弧灼伤的痕迹。因击穿两次，沿面闪络弧道在盆子表面颜色略深，闪络的盆子除表面有闪络通道外，整个盆子表面色泽及光滑度较好，无明显其它缺陷。
图12 5043开关附近A相I母盆子沿面闪络图
3.3 第6和7串附近B相II母解体检查
解体发现该段母线气室有2个明显的击穿故障点，与上述超声波定位判断一致，且气室内有遗留的小颗粒，如图13所示。
图13 气室内遗留颗粒图
图14 导体电弧灼伤图
图15 盆子沿面闪络图
一处是中心导体表面有明显电弧灼伤的痕迹，如图14，导体其余表面光滑度较好。另一处是盆子凹面侧闪络，多道闪络弧道明显（耐压过程中击穿多次，因击穿后谐振电压跌落不多引起，后期手动切断电源），如图15，该盆子垂直布置，盆子中心嵌件边缘（靠闪络弧道）有明显被电弧灼伤的痕迹，闪络弧道对应的密封圈和罐体处有电弧烧黑痕迹。闪络盆子凹面侧的屏蔽罩上靠近嵌件侧有一明显凹痕，该凹痕未被电弧灼伤，且表面油漆完好，表明该凹痕非屏蔽罩和利器碰撞所致。安装完成后，在盆子表面未受损伤时，该屏蔽罩不可能单方面出现如此凹痕，可见该屏蔽罩在安装前就已出现了凹痕。
屏蔽罩表面出现凹痕后，引起表面电场畸变，但畸变不足以使盆子屏蔽罩对盆子击穿。从盆子表面电弧分布来看，盆子沿面闪络在先。在盆子表面电弧的作用下，屏蔽罩表面电场畸变严重处和盆子表面电弧贯穿，改变盆子表面闪络弧道，使闪络弧道沿图15左侧图中红色实线方向分布，靠近盆子嵌件的部分电弧被截弧，导致盆子沿面弧道在截弧分界线两侧颜色明显不一致。屏蔽罩表面电场畸变严重处出现被电弧灼伤的深坑，在深坑周围的屏蔽罩表面油漆被电弧熏黑。
因击穿多次，沿面闪络弧道在盆子表面颜色很深。闪络的盆子除表面有闪络通道外，整个盆子表面色泽及光滑度较好，无明显其它缺陷。结合超声波定位信息，中心导体击穿电压是568 kV，盆子击穿电压低于300 kV。
4 原因分析
在耐压试验前，根据标准对钢瓶SF6进行了全组分分析，对GIS设备独立气室逐个进行微水及纯度测试，数据均满足标准要求，说明本次耐压试验的几次击穿故障和SF6无关。
4.1 中心导体放电原因分析
因罐体内壁未发现明显电弧灼伤点，中心导体电弧灼伤痕迹明显，因此电弧应是从中心导体开始向罐壁发展。击穿放电原因在于中心导体上存在毛刺尖端，尖端处电场严重畸变，电压升高到一定值时开始放电，继续升高时发生贯穿性放电击穿。
4.2 盆子闪络原因分析
（1）闪络盆子燃弧痕迹的分析。盆子仅表面存在有燃弧引起的跨越痕，燃弧仅限于盆子某一方位区，且系弧道电阻较大的沿面闪络，而无任何击穿点，表明击穿故障仅限于盆子表面，因某种外因使电场畸变。
（2）闪络盆子质量分析。出厂前盆子逐个进行耐压、局放和X射线试验。对击穿的盆子进行再次耐压时，一个盆子耐压通过，两个盆子的击穿电压依然较高，说明盆子整体绝缘性能在每次击穿后恢复良好，盆子本身不存在问题。
（3）盆子表面及附近区域存在杂质分析。解体证实盆子表面或其附近区域有灰尘杂质，此类杂质在电场力及机械振动的作用下，位置发生变化，导致局部电场畸变，引起盆子沿面放电。B相II母侧的1个盆子在568kV时未击穿，说明当时杂质还处于分散状态，不足以引起盆子沿面闪络。这些灰尘杂质在电场力的作用下，沿电力线方向重新排列、漂移，并被极化、桥接，形成放电通道。杂质遗留的原因一是从厂内带出，另一原因是现场混入。据了解，放电的几个盆子均在现场打开搭接过，且 GIS清理及安装工作在GIS场地进行，现场环境较差，周围水泥地坪未做，周围均为裸露黄土地，不时有大型工程机械通过，车辆及大风吹起的尘土容易进入GIS内部。
综合上述几点，盆子在基本排除本身品质问题的情况下，认为悬浮微粒或污染物在电场力作用下进入故障盆子表面，改变了气室内部空间电场分布，导致局部电场发生畸变，最终由悬浮微粒或污染物引起盆子嵌件沿面对外壳放电，致使事故发生。
5 后续处理
（1）换有闪络痕迹的盆子，充入的SF6气体再次使用前应送省电科院进行全分析，合格后方可使用；
（2）对中心导体及罐体的电弧灼伤部位进行打磨，并彻底清除表面的粉尘；
（3）制造厂应加强设备质量管控（包含生产车间和变电站现场），确保GIS任一部件及辅件的完好性；
（4）制造厂严把装配工艺关（包含生产车间和变电站现场），确保气室内清洁度，清除任何遗留物，特别是盆子因爬电距离小，表面必须清理干净，否则极易造成沿面放电；确保中心导体、屏蔽罩及罐体内壁表面的光滑度，清除表面任何尖端；
（5）在GIS交流耐压过程中，应结合现有的监测及分解物检测技术定位击穿部位；即使是击穿一次后再次耐压通过的，也应对相应击穿部位进行解体检查并处理。
6 结论
（1）运用局放的衰减震荡特性特征，有利于在耐压过程中表征GIS局放信号的变化情况；
（2）上述超声波局放测试仪延长杆具有对超声信号衰减小、绝缘性能好等优点，能有效定位GIS在耐压过程中的击穿部位；
（3）上述超声波局放测试仪延长杆及相关试验仪器是基于单一的超声波原理进行研发的，所以并不能监测到GIS中所有不同类型的局放信号； 参考文献：
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作者简介：
刘连（1988-），男，广东深圳人，工程师，从事高电压试验等方面工作。