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[摘 要]局部放电检测是掌握GIS运行状态的重要手段。本文介绍了超高频和超声波两种测试方法的原理及特点，采用声电联合检测技术，发现并确认了一起GIS内部避雷器处存在的安全隐患，准确识别缺陷类型并进行了精确定位。设备解体后查明，屏蔽罩松动是造成悬浮放电的直接原因，同时也验证了分析判断的正确性。
[关键词]局部放电，超高频，超声波，声电联合，悬浮放电
中图分类号：O461.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）48-0022-01
引言
气体绝缘组合电器（Gas Insulated Substation）具有运行安全可靠、占地面积和空间小、受外界环境干扰小、维护工作量小、检修周期长等一系列优点，被广泛应用在各地变电站中[1，2]。但GIS内部若出现绝缘缺陷，极易造成设备故障，引起的停电时间较长，检修费用也很高。采用有效的局部放电检测手段，来判断GIS内部缺陷类型、放电程度以及发展趋势等内部绝缘情况，可以防止早期绝缘故障引发的突发性事故，进而为GIS的故障诊断和状态评估系统的建立奠定基础。
1 局放检测方法
GIS内部发生局部放电时，设备内部和周围空间会产生一系列的光、声、电气和机械的振动等物理现象和化学变化。这些伴随局部放电而产生的各种物理和化学反应为诊断电力设备内部绝缘状态提供了检测信号。目前，局放检测方法主要有脉冲电流法、超高频法、超声波法、光检测法和化学检测法等[3-5]。在电力生产现场的复杂环境中，GIS局放检测方法必须满足不受干扰、灵敏度高、定位准确、实用性强的条件，才能得到广泛应用。基于现场条件各种因素，当前的GIS局放测试装置主要有超声波测试设备和超高频测试设备。
1.1 超高频检测法
局部放電过程中将产生很陡的脉冲电流，其快速上升时间小于1ns，并向四周辐射出频率高达GHz电磁波。超高频法的检测原理即为采用宽带高频天线（300MHz-1GHz传感器）接收局放陡脉冲激发的电磁波来判断放电状况，从而反应出GIS内部的缺陷类型及大体位置。由于 GIS 的同轴结构，电磁波不仅可以在 GIS 内部传播，而且可以透过盆式绝缘等非金属部件泄漏到 GIS 外，因此可采用外置式UHF传感器检测到 GIS内部局部放电产生的电磁波信号。
生产现场的电晕等干扰信号其频段主要集中在300MHz以下，因此特高频法可有效避开大部分现场干扰，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，能够很好的实现局部放电带电检测以及缺陷类型识别等功能，目前已经成功应用到 GIS 生产和运行检测中。由于超高频法的检测范围较大，在实际应用过程中，只能通过比较在不同部位测得的超高频信号的强弱，找到最靠近局放源的检测部位，比如某个盆式绝缘子附近，而不能够确定GIS某个具体位置。
1.2 超声波检测法
GIS内部发生局部放电时会产生冲击振动及声音，且很快向四周介质传播。局放声波信号主要集中在0～100kHz的频率范围内，但干扰信号功率谱基本都在0～40kHz之间，语音干扰信号频谱集中在10kHz以下，而且振动、背景噪声也主要在此频段。因此，可以采集频带为20～100kHz的超声信号来检测局部放电[7]。通过安装在电力设备外壁上的超声波传感器，将超声波信号转换为电信号，就能对设备的局部放电水平进行测量。
在现场应用中，超声波检测装置使用简单方便，且具有很强的抗干扰能力，能够对GIS的具体部位进行检测，局放定位准确度高。但由于超身波法检测范围较小，其灵敏度不仅取决于局部放电过程中产生的能量，还与信号的传播途径有关；另外，局部放电产生的超声波所引起的震动加速度很小，信号强度随着距离增大而快速衰减，因此超声检测设备相对超高频来说工作效率较低，且易出现漏检情况。
1.3 声电联合检测法
通过上述两种检测方法的分析可知，超声波检测简单易行，定位准确，但存在效率低、易漏测的缺点；超高频检测灵敏度高，缺陷识别准确，但具有局放定位范围大的劣势。相互对比可发现，两种检测技术的使用特点具有很好的优缺互补性。两种检测手段的结合，可以弥补单一方法应用的不足，同时满足检测灵敏度高、缺陷识别准确、定位精确的局部放电测试要求。因此，声电联合检测可将各种性能优势集于一体，大大提高GIS局部放电测试效率，很好的满足现场工作要求。
2 GIS故障实例分析
2.1 超高频测试情况
首先使用超高频局放检测仪进行测试，在该避雷器上端盆式绝缘子处测得异常信号.放电信号在工频相位的正、负半周均有呈现，且具有一定对称性；此外，放电信号的幅值和相位都比较稳定。超高频PRPD检测图呈现出典型的悬浮局部放电特征。
PRPS检测图中，两簇局放信号表现出均匀整齐的特征，体现了放电信号幅值和相位的一致性及稳定性，与PRPD检测图一样，属于悬浮放电的典型图谱。
随后又对相邻间隔进行测试对比，未检测到明显的超高频PRPS和PRPD谱图信号。
由超高频测试结果可知，该GIS避雷器上端盆式绝缘子处存在明显的放电信号，表明该绝缘子或相邻气室内部存在局部放电源。从异常信号幅值和相位特点来看，两者均呈现出典型的悬浮放电特征。
2.2 超声波测试情况
采用超高频检测法对局部放电情况进行了初步分析和判断，并确定了缺陷类型和大致位置。为进一步确定局放源所在，工作人员将多个超声测试位置进行了标记。根据各标记点的检测情况，对比分析超声信号的变化趋势，进而实现局放信号的精确定位。
经过基于声电联合检测的综合分析，可判断避雷器上端存在明显的悬浮放电。经验表明：GIS内部只要形成了悬浮电位，就是危险的，应加强监测，有条件就应及时处理。
3 现场处理分析
根据公司安排的施工方案和检修策略，该GIS间隔停电后，检修人员对避雷器进行了解体检查，发现其上端导体连接处屏蔽罩松动。将屏蔽罩打开取下后，可看到内部连接导体上有明显的放电灼蚀痕迹。因此可推断，屏蔽罩松动是造成悬浮放电的直接原因，同时也验证了声电联合进行局放检测的正确性和可靠性。
检修人员对避雷器上端导体进行了处理，并将新换屏蔽罩紧固，然后对GIS内部进行了清理，重新充气至额定压力。经耐压试验合格后投入运行。运行一周后进行了超声波和超高频联合的局放检测，均未发现明显的异常信号。
4 结论
局部放电检测是掌握GIS运行状态的重要技术措施，超高频法和超声波法是当前应用成熟且行之有效的两种检测手段，前者检测灵敏度高，缺陷识别准确，而后者能够对局放源精确定位。两种方法结合使用，可实现优缺互补，高效完成GIS状态诊断和故障分析。因此，基于声电联合的局放检测方法，具有良好的推广应用前景，必将在GIS带点测试和在线监测工作中发挥至关重要的作用。
参考文献
[1] 冯昌远.GIS的运行经验和现场经验[J].高压电器，2000.1，No.1，P：49-3.
[2] 邱毓昌.GIS装置及其绝缘技术[M].水利电力出版社.1994.6.QIU Yu-chang.
[3] 王建生，邱毓昌.气体绝缘开关设备中局部放电的在线监测技术[J]. 电工电能新技术.000.4，No.4，P：44-48.
刘君华，郭灿新，姚明，等.局部放电电磁波在GIS中传播路径的分析[J]. 高电压技术，2009，35（5）：
[4] 刘君华，郭灿新，姚明，等.局部放电电磁波在GIS中传播路径的分析[J]. 高电压技术，2009，35（5）：
[5] 印华，方志，张小勇，等.根据UHF信号特征的GIS局部放电模式识别[J].高压电器，2005，41（1）：19-23.
[关键词]局部放电，超高频，超声波，声电联合，悬浮放电
中图分类号：O461.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）48-0022-01
引言
气体绝缘组合电器（Gas Insulated Substation）具有运行安全可靠、占地面积和空间小、受外界环境干扰小、维护工作量小、检修周期长等一系列优点，被广泛应用在各地变电站中[1，2]。但GIS内部若出现绝缘缺陷，极易造成设备故障，引起的停电时间较长，检修费用也很高。采用有效的局部放电检测手段，来判断GIS内部缺陷类型、放电程度以及发展趋势等内部绝缘情况，可以防止早期绝缘故障引发的突发性事故，进而为GIS的故障诊断和状态评估系统的建立奠定基础。
1 局放检测方法
GIS内部发生局部放电时，设备内部和周围空间会产生一系列的光、声、电气和机械的振动等物理现象和化学变化。这些伴随局部放电而产生的各种物理和化学反应为诊断电力设备内部绝缘状态提供了检测信号。目前，局放检测方法主要有脉冲电流法、超高频法、超声波法、光检测法和化学检测法等[3-5]。在电力生产现场的复杂环境中，GIS局放检测方法必须满足不受干扰、灵敏度高、定位准确、实用性强的条件，才能得到广泛应用。基于现场条件各种因素，当前的GIS局放测试装置主要有超声波测试设备和超高频测试设备。
1.1 超高频检测法
局部放電过程中将产生很陡的脉冲电流，其快速上升时间小于1ns，并向四周辐射出频率高达GHz电磁波。超高频法的检测原理即为采用宽带高频天线（300MHz-1GHz传感器）接收局放陡脉冲激发的电磁波来判断放电状况，从而反应出GIS内部的缺陷类型及大体位置。由于 GIS 的同轴结构，电磁波不仅可以在 GIS 内部传播，而且可以透过盆式绝缘等非金属部件泄漏到 GIS 外，因此可采用外置式UHF传感器检测到 GIS内部局部放电产生的电磁波信号。
生产现场的电晕等干扰信号其频段主要集中在300MHz以下，因此特高频法可有效避开大部分现场干扰，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，能够很好的实现局部放电带电检测以及缺陷类型识别等功能，目前已经成功应用到 GIS 生产和运行检测中。由于超高频法的检测范围较大，在实际应用过程中，只能通过比较在不同部位测得的超高频信号的强弱，找到最靠近局放源的检测部位，比如某个盆式绝缘子附近，而不能够确定GIS某个具体位置。
1.2 超声波检测法
GIS内部发生局部放电时会产生冲击振动及声音，且很快向四周介质传播。局放声波信号主要集中在0～100kHz的频率范围内，但干扰信号功率谱基本都在0～40kHz之间，语音干扰信号频谱集中在10kHz以下，而且振动、背景噪声也主要在此频段。因此，可以采集频带为20～100kHz的超声信号来检测局部放电[7]。通过安装在电力设备外壁上的超声波传感器，将超声波信号转换为电信号，就能对设备的局部放电水平进行测量。
在现场应用中，超声波检测装置使用简单方便，且具有很强的抗干扰能力，能够对GIS的具体部位进行检测，局放定位准确度高。但由于超身波法检测范围较小，其灵敏度不仅取决于局部放电过程中产生的能量，还与信号的传播途径有关；另外，局部放电产生的超声波所引起的震动加速度很小，信号强度随着距离增大而快速衰减，因此超声检测设备相对超高频来说工作效率较低，且易出现漏检情况。
1.3 声电联合检测法
通过上述两种检测方法的分析可知，超声波检测简单易行，定位准确，但存在效率低、易漏测的缺点；超高频检测灵敏度高，缺陷识别准确，但具有局放定位范围大的劣势。相互对比可发现，两种检测技术的使用特点具有很好的优缺互补性。两种检测手段的结合，可以弥补单一方法应用的不足，同时满足检测灵敏度高、缺陷识别准确、定位精确的局部放电测试要求。因此，声电联合检测可将各种性能优势集于一体，大大提高GIS局部放电测试效率，很好的满足现场工作要求。
2 GIS故障实例分析
2.1 超高频测试情况
首先使用超高频局放检测仪进行测试，在该避雷器上端盆式绝缘子处测得异常信号.放电信号在工频相位的正、负半周均有呈现，且具有一定对称性；此外，放电信号的幅值和相位都比较稳定。超高频PRPD检测图呈现出典型的悬浮局部放电特征。
PRPS检测图中，两簇局放信号表现出均匀整齐的特征，体现了放电信号幅值和相位的一致性及稳定性，与PRPD检测图一样，属于悬浮放电的典型图谱。
随后又对相邻间隔进行测试对比，未检测到明显的超高频PRPS和PRPD谱图信号。
由超高频测试结果可知，该GIS避雷器上端盆式绝缘子处存在明显的放电信号，表明该绝缘子或相邻气室内部存在局部放电源。从异常信号幅值和相位特点来看，两者均呈现出典型的悬浮放电特征。
2.2 超声波测试情况
采用超高频检测法对局部放电情况进行了初步分析和判断，并确定了缺陷类型和大致位置。为进一步确定局放源所在，工作人员将多个超声测试位置进行了标记。根据各标记点的检测情况，对比分析超声信号的变化趋势，进而实现局放信号的精确定位。
经过基于声电联合检测的综合分析，可判断避雷器上端存在明显的悬浮放电。经验表明：GIS内部只要形成了悬浮电位，就是危险的，应加强监测，有条件就应及时处理。
3 现场处理分析
根据公司安排的施工方案和检修策略，该GIS间隔停电后，检修人员对避雷器进行了解体检查，发现其上端导体连接处屏蔽罩松动。将屏蔽罩打开取下后，可看到内部连接导体上有明显的放电灼蚀痕迹。因此可推断，屏蔽罩松动是造成悬浮放电的直接原因，同时也验证了声电联合进行局放检测的正确性和可靠性。
检修人员对避雷器上端导体进行了处理，并将新换屏蔽罩紧固，然后对GIS内部进行了清理，重新充气至额定压力。经耐压试验合格后投入运行。运行一周后进行了超声波和超高频联合的局放检测，均未发现明显的异常信号。
4 结论
局部放电检测是掌握GIS运行状态的重要技术措施，超高频法和超声波法是当前应用成熟且行之有效的两种检测手段，前者检测灵敏度高，缺陷识别准确，而后者能够对局放源精确定位。两种方法结合使用，可实现优缺互补，高效完成GIS状态诊断和故障分析。因此，基于声电联合的局放检测方法，具有良好的推广应用前景，必将在GIS带点测试和在线监测工作中发挥至关重要的作用。
参考文献
[1] 冯昌远.GIS的运行经验和现场经验[J].高压电器，2000.1，No.1，P：49-3.
[2] 邱毓昌.GIS装置及其绝缘技术[M].水利电力出版社.1994.6.QIU Yu-chang.
[3] 王建生，邱毓昌.气体绝缘开关设备中局部放电的在线监测技术[J]. 电工电能新技术.000.4，No.4，P：44-48.
刘君华，郭灿新，姚明，等.局部放电电磁波在GIS中传播路径的分析[J]. 高电压技术，2009，35（5）：
[4] 刘君华，郭灿新，姚明，等.局部放电电磁波在GIS中传播路径的分析[J]. 高电压技术，2009，35（5）：
[5] 印华，方志，张小勇，等.根据UHF信号特征的GIS局部放电模式识别[J].高压电器，2005，41（1）：19-23.