基于超高频法的GIS局部放电测试系统设计与应用
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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。结合现场情况，开发了一套局部放电测试及数据管理系统，为带电设备运行状况提供了一种准确、有效的检测手段。
【关键词】GIS；测试；管理系统；设计
1.引言
GIS是电力系统中重要的电力设备之一，其正常的运行状态对电力系统的安全运行有着很重要的意义，也为电网的安全运行提供了重要保障[1-3]。GIS具有可频繁开断、使用寿命长等突出的优点，这也是上世纪80年代年它在电力系统中得到大量应用的重要因素。高压系统中，它在国外的使用率从上世纪80年代的17%上升到了60%，1998年在我国的使用率也得到了很大的提高，1998年已达60%-70%，所以对其运行特性进行测试就显得非常重要，根据近十年的应用统计表明[4-6]，由于GIS局部放电故障造成的损失占开关类设备故障引起所有损失的19.8%。文章基于超高频法开发了局部放电检测装置，并且应用于现场，得到了良好的效果。
2.电气设备的局部放电特点
局部放电所产生电磁波的频谱特性与放电源的几何形状及放电间隙的绝缘强度有关。SF6气体或绝缘油所产生的脉冲电流波形，则具有纳秒级的脉冲陡度，脉冲持续时间也介于1ns～100ns之间，因此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[8]。由于UHF信号传播时衰减很快，故被测设备外部的UHF电磁干扰信号（如空气中的电晕放电）不仅频带比设备内部的局部放电信号窄，其强度也会随频率增加而迅速下降，到达被测设备附近或内部的UHF分量相对较少，从而可避开绝大多数的空气放电脉冲干扰。
3.UHF局部放电测试系统构成
测试系统最主要的是探头，采用的探头如图1所示：
信号经过探头后需要进行调理，采用的放大器如图2所示：
在前面所采集到的超高频信号，最终要送入到计算机中进行后续的分析，测试系统中示波器和接收数据的计算机都配置GPIB通信卡，GPIB接口可以实现示波器到计算机所的数据兼容性和高速传递，可避免传统的通过中间介质传输数据文件而带来的冗余和时间上的浪费，因为现场所得到的数据量极大，采用一般的数据传输媒介，需要较长的时间，同时可能由于系统的不兼容性而导致文件的损坏。
4.1 现场测试试验背景
为了验证前面的理论和检测系统，在某220kV变电站进行了现场测试。测试现场如图3所示：
4.2 UHF局放信号测试
对220kV变电站GIS进行了局部放电带电检测，将测试系统组装后，超高频探头预置点如图4所示：
得到的测试信号经过UHF放大器放大后传送到滤波器，经过滤波后的信号图形显示在示波器上，信号同时传送到计算机内，给出分析判断结果。
4.3 测试结果分析
通过对设备进行检测，发现GIS有明显的局放信号，然后再采用示波器和频谱仪接入系统增加判断依据，局放信号非常明显（如图5所示）。
在母联101GIS气室的三个绝缘盆子上均测量到局部放电信号，该信号为间歇性活动特征，信号图谱分析显示为悬浮放电特征，测试图形如图6所示：
通过图6中的PRPS图谱可以看出，母联101GIS气室的放电信号连续出现，特征与计算机典型放电数据库中的图谱比较，悬浮放电（Float）相似度在40%-60%之间。
4.4 放电类型分析
超高频测试发现存在明显放电信号，通过软件处理发现，幅值最大2.27mV，折算成放电信号约为2308pC，放电明显分布在1、3象限，3象限数据明显较大，分析认为是尖端放电。如图7所示。
超高频测试多处发现144处也存在明显放电信号，幅值最大0.7mV，折算成放电信号约为550pC，放电明显分布在1、3象限，3象限数据明显较大。经软件分析认为是尖端放电，如图8所示。
测试员通过现场分析认为：GIS侧靠近101Ⅱ母处存在明显放电信号，分析为尖端放电，建议尽早处理。
4.5 分析结果及建议
在试验电压达到50kV时，局放现象重现，当试验电压达到61kV时，局放信号幅值大于1360pC。根据现场的测试，表明了存在放电，应该及时对放电部位进行处理。
5.结论
文章通过设计了一套放电检测装置并且应用于现场中，得到了良好的使用效果，为电力系统的运行提供了一定的帮助。
参考文献
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作者简介：李国辉（1979—），男，工程师，现供职于国网河北省供电公司灵寿县供电分公司 ，主要从事电力运行方面的工作