GIS局部放电监测及定位技术发展
摘要：近年来，随着变电站项目的扩增，GIS数量随之上升，这一现象在经济发达的沿海地区更为凸显，虽然其有着占地小、安装快速、运行可靠、受电磁干扰小、对环境影响等诸多优势，但难免会出现异常或故障，且往往后果严重，检修量大，故必须监测并定位其局部放电。文章对GIS局部放电监测及定位技术发展作了研究，以供同行参考。
关键词：GIS局部放电监测；超高频法；超声波法
中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）20-0010-02
GIS的大量使用为高压电气设备和电力系统的安全使用和稳定运行带来了有利契机，这一点不可否认，但与此同时，也出现了故障层出不穷、质量良莠不齐等问题，其中伴有局部放电的绝缘故障较为常见。因此我们有必要对GIS局部放电监测及定位技术进行分析和研究，以期及时发现隐患和消除故障，避免产生重大故障和损失。
1 GIS局部放电监测的必要性
GIS这一开关设备为金属密闭型，通常是由母线、短路器、套管、避雷器、隔离开关、电流和电压互感器等高压电器构成的高压配电装置，因其部分或全部绝缘介质采用的是气体，而非大气压力作用下的空气，故较之一般的配电装置，其不仅元件密封、占地较小、安装快速，而且不受电磁干扰、环境影响较小，故运行可靠、先进经济，其中SF6气体为绝缘介质和灭弧介质。而上述所提及的一系列特点决定了其在电力系统中的应用价值和发展前景，预计随着变电站数量的增加，GIS装用量也将持续上升。
但GIS显著的优势也带来了一定的负面效应，即社会对其强劲的需求促使产品质量问题层出不穷，进而导致故障时有发生，如若导体之间、金属微粒等的接触不良、绝缘拉杆或绝缘子缺陷或者存在金属突出物、悬浮电位体等现象的存在容易引发GIS放电，此时SF6气体便会发生分解，然后通过扰乱电场分布致使电场畸变，腐蚀绝缘材料，最终造成绝缘击穿。同时实践证明，若对GIS局部放电进行监测，既可以及时发现并定位其内部隐患，以规避故障发生，增强其可靠性，也利于有效弥补制造缺陷和安装差错，进而使其安全运行。由此可见，研究和应用GIS局部放电监测及定位技术现实意义重大。
2 GIS局部放电监测及定位技术的发展
2.1 超高频法
该监测方法在GIS生产运行中较为常见，主要是指利用超高频频率的信号在线监测局部放电，其中所用的传感器是以超高频信号接收天线形式存在的，而非一般的耦合作用，同时只需将传感器安装于GIS绝缘子外部或筒体外部即可监测到放电信号，且所选的500MHz～1.5GHz范围内的频带，基本上可实现局部放电信号的无损传输，故其抗电磁干扰能力强、灵敏性好，可用于故障诊断和定位，其中放电量监测精度和故障定位精度分别高达1p和0.3m；同时因其监测效率高、点数少、范围大，可实现对GIS局部放电的在线监测，可以说是当下主要的监测和定位技术；但美中不足的是，其传感器对宽带和采集精度要求极高，且造价相对昂贵。
2.2 超声波法
因GIS内部出现局部放电现象时，往往伴随着一定的冲击声音和振动，所以此时可将超声波传感器置于其腔体外壁，促使信号经SF6气体、金属筒体、固体绝缘等后由传感器接收，加之机械波信号是其监测对象，故不会受到电磁干扰，在与放电源距离较近时，定位精度会随着信号的增强而提高，进而彰显抗干扰强、定位精度高的优势，因此常被视为继超高频法后局部放电监测中最为成熟的方法。但值得注意的是，采用该种方法时，必须配备专业有素、经验丰富的工作人员，并加强环境噪声、GIS自身振动等因素的有效控制。
2.3 其他技术
耦合电容法，即由电容电极耦合对GIS局部放电下的导体电压变化进行监测，虽然便于操作，但抗干扰性差；化学监测法，即根据GIS局部放电下气体构成和含量分析其严重程度，但因影响因素较多，灵敏度较差，不适用于长期监测；光学监测法，即借助光电倍增器监测发射光子判断有无局部放电情况，适用于监测已知放电源，可是“死角”的存在和反射的不确定性，导致其既不灵敏，也无法定位故障。然而电化学传感器法（属于SF6气体分解法）利于H2S、SO2、HF等物质的快速、灵敏监测，但要事先解决其寿命短以及组分干扰问题。
3 GIS局部放电监测及定位技术的应用
3.1 应用案例分析
为进一步分析GIS局部放电不同监测及定位技术的应用效果和不足之处，以期推动其日趋成熟和完善，在此结合一些实例对其作了研究。
如某供电公司于2010年对110kV的GIS作了带电检测，其中接地开关、避雷器中部分超声波数据出现超标，且相位特征明显，100Hz成分增大异常，并在避雷器气室中发现了严重超标的H2S和SO2，因而判断其严重放电，最后经解体发现避雷器是因发生电位悬浮而出现了电腐蚀和大量灰白粉末。该案例说明，针对SF6气体严重放电，可结合使用超声波法和SF6气体分解法加以监测和定位。再如某电力公司于2011年对220kVGIS进行带电检测时发现，某盆式绝缘子超高频局部放电信号较大（处于间隔B相母线），但既未检测出SF6气体分解物和超声信号，且A和C相均无信号，故基于“兔耳”高频谱图的分析，初步判断为绝缘子气隙放电；在此基础上，利用超高频法对该缺陷作了连续的在线监测，直至2个月后发现其伴有明显的信号幅值增大和放电重复率突增现象，后经解体检查确定，绝缘子内存在一条直径2mm左右、长约150mm的气孔，且在146kV相电压下有着高于标准值474倍的放电量。由此案例可知，超高频法对绝缘子表面和内部缺陷较为灵敏，超声波法对微粒缺陷较为灵敏等。
3.2 技术发展展望
由上可知，虽然目前的GIS局部放电监测及定位技术形式多样，且相对成熟，但将其应用到现实中时，往往会暴露出一定的缺陷和不足，换句话说，就是每种技术方法均有自己的独特优势和适用条件，因此为推动GIS局部放电监测及定位工作取得较大进展，必须尽快消除现实障碍。
一是尽快解决放电量标定问题，由于在GIS局部放电监测过程中，难免会发生信号衰减，这无疑为合理标定放电量带来了困难，进而影响了对放电程度的科学评估，故建议尽快将放电源位置、类型、信号传播途径等相关因素纳入GIS局部放电量化评定中；二是还需继续强化GIS局部放电监测灵敏度和定位精确度研究，如虽然超高频法在灵敏度方面有着其他监测技术不可比拟的优势，但针对GIS绝缘内部微弱放电监测无能为力；超声波法虽对GIS部件振动、松动、颗粒跳动等监测灵敏，但不适用于绝缘件局部放电监测和定位等；此外，还应加大技术研究广度和深度，如有效控制干扰因素，降低监测成本等等。
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