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GIS局放测试推广及诊断
1开展GIS局部放电检测的意义GIS将诸多高压元件即组合又封闭,利用了绝缘性能优异的SF6气体作为灭弧和绝缘介质,大大节省了变电站面积,提高了供电可靠性.但GIS也有固有的缺点,不能依靠人的感官发现早期故障,且GIS设备安排紧凑,一个设备的故障容易波及临近设备,使故障扩大且GIS发生故障修复尤为复杂,需要长时间才能修复.因此,对GIS运行监测十分重要,改以往的"定期检修"为"状态检修"从而提高设备的利用率和节省检修费用.
2局部放电：在电场作用下,导体间绝缘仅部分区域被击穿的电气放电现象.特点：局部放电是一种脉冲放电,他会在电力设备内部和周围产生一系列的光、声、电气和机械振动等物理现象和化学变化,以上现象为检测电力设备内部绝缘状态提供检测信号.局部放电定义虽然这些放电的幅度通常较小,但它们能导致逐步的劣化并最终击穿,因此,需要通过非破坏性的测试检测到这些放电的存在.
3局部放电的起因原因：它是由于局部电场畸变、局部场强集中,从而导致绝缘介质局部范围内的气体放电或击穿所造成的.它可能发生在导体边上,也可能发生在绝缘体的表面或内部.GIS中几种典型的缺陷
4局放的检测方法根据检测原理和手段的不同,常用的局放检测方法有超高频法、超声波法及高频电流耦合法等.
5超声波检测法〔AE法)原理：GIS内部产生局部放电信号的时候,会产生冲击的振动及声音,GIS局部放电会产生声波,其类型包括纵波、横波和表面波.纵波通过气体传到外壳、横波则需要通过固体介质〔比如绝缘子等)传到外壳.通过贴在GIS外壳表面的压电式传感器接收这些声波信号,以达到监测GIS局放的目的.因此可以用在腔体外壁上安装的超声波传感器来测量局部放电信号.
6超声波信号SF6气体中传播设备金属外壳耦合界面传感器信号放大处理提取信号特性缺陷分析
7GIS绝缘击穿的主要表现形式GIS投运初期：绝缘击穿大多是由金属颗粒、悬浮导体、表面毛刺或颗粒等缺陷造成的.通过完善交接验收可起到预防作用；GIS运行中期：绝缘击穿大多是绝缘子表面的缺陷〔例如污秽、表面电荷积聚、附着金属微粒)引起的,特别是在暂态过电压作用时.通过定期检测可发现这些隐患
81、超声波局放检测仪基本要求使用前置放大器时接线示意图
9声发射传感器：将局部放电激发的超声波信号转换成电信号局放检测仪主机：用于局部放电电信号的采集、分析、诊断及显示.前置放大器：当被测设备与检测仪之间距离较远〔大于3m)时,为防止信号衰减,需在靠近传感器的位置安装前置放大器.特制绝缘棒：检测部位比较危险时,如电缆终端,可以使用特制绝缘棒作为声传到介质,进行检测.2、典型仪器的组成
101；连续模式：以水平柱的方式给出了一个工频周期中放电信号有效值和峰值信号以及信号与50HZ、100HZ的相关程度2：相位检测模式：主要用于判断放电是否和工频周期存在关系3：脉冲检测模式：针对颗粒故障,给出了信号幅值与飞行时间的关系
111)连续模式谱图：共有4个柱状图,分别为信号的有效值、峰值、50Hz的相位相关性,100Hz的相位相关性.因为局放都是与电源的相位相关的,根据局放在不同的相位放电特性,能判断出放电的性质,如自由颗粒、毛刺、悬浮电位等连续检测模式典型谱图在开始测量前,最好首先在GIS的不带电部分测量背景噪声,另外测量传感器在空中处于自由状态下的噪声.这些结果在GIS带电状态下测量时应当记住.当传感器自由地处于变电站空气中或位于GIS上没有缺陷的地方时,在液晶屏上看到的第一张图就是上图.有效值和周期峰值小而稳定.信号来自环境噪声和放大器噪声等产生的背景噪声.两个水平柱只有小小的颤动.频率1和频率2没有信号.经验表明,周期峰值可能在0.5mV到大约1.5mV之间变化若GIS中有局放或电晕,有效值都比背景噪声大,频率1和频率2也出现信号用AIA进行的所有测量都应使用连续方式,这是定位局部放电也是估计危险性的主要测量方式.如果存在某种类型的颗粒,危险性的估计要利用飞行时间图进行
122)相位检测模式〔PRPD谱图)相位检测模式典型谱图使用同步单元以得到一个与工频有关的幅值与相位关系图,同样也取1000个测量点,主要用于判断局放和电晕与工频周期的相关性.例如图右侧中测量信号主要集中分布在电源峰值附近,则可判断为明显的局部放电
133)脉冲检测模式〔飞行模式)脉冲检测模式典型谱图提供脉冲信号的峰值及跳动颗粒飞行时间两个测量轴,并取1000个测量点,可用来分析跳动颗粒所产生的超声幅值以及飞行时间的关系,进而进行故障定位.
14脉冲检测模式评估颗粒危害
15典型缺陷的判据
16例毛刺放电/尖端放电图一连续模式图二相位模式毛刺如果大于1-2mm就认为是有害的,如图一毛刺放电在连续模式下有效值和峰值都会增大,信号稳定,而50Hz相关性明显,100Hz相关性较弱.在相位模式下,一个周期会有一簇交集中的信号点连续模式背景
17例自由颗粒连续模式背景图一连续模式图二飞行模式有数据表明,导致GIS故障的缺陷大部分为颗粒,而超声波对颗粒有极高的灵敏度.自由颗粒越长越接近导体,危险性越大.图一测得5mm铝颗粒在GIS中,图一看出放电有效值.峰值量都比较大,还有50Hz以及100Hz的放电信号,但其信号不稳定,表现为周期性波动.飞行时间图〔图二)颗粒超声幅值和飞行时间以抛物线方式跳动
18例悬浮电位图一连续模式图二相位模式由图一看出,信号的峰值达到20mv,信号的100Hz含量远大于50Hz含量.在图二可以明显看到一个周期内有两撮信号集中点.根据缺陷典型判据可以判断CT内部出现电位悬浮故障.经验表明,电位悬浮一般发生在开关气室的屏蔽松动,PT/CT气室绝缘支撑松动或偏离,气室连接部位插接件偏离或螺母松动.连续模式背景
19超声波GIS设备局放测量作为一种新的状态检测手段,将会大大提高电力系统运行的安全经济性.一方面,积极积累设备运行资料,利用带电测试、预防性试验、运行巡视、停电检查等传统手段实行过渡性状态检修工作.
20三、超声波局部放电检测方法及注意事项检测条件要求检测周期安全注意事项检测接线传感器放置部位部位及要求操作流程常见注意事项
211、检测条件要求在GIS设备上无各种外部作业.额定电压、额定SF6气体压力.金属外壳应清洁、无覆冰等.进行室外检测避免雨、雪等天气条件对GIS设备外壳表面噪声干扰的影响.进行室内检测时避免室内强干扰源、大型设备振动.
222、检测周期新设备投运前：在耐压试验通过后,在1.2Ur/电压下,进行一次超声局部放电检测〔同时进行1.0Ur/电压下数据检测,作为运行数据比对).新投运〔或大修)后设备：应在投运后1个月内、投运后1年各进行一次超声局部放电检测.运行中设备：半年至一年检测一次.
233、安全注意事项为确保安全生产,特别是确保人身安全,除严格执行电力相关安全标准和安全规定之外,还应注意以下几点:检测时应勿碰勿动其它带电设备；防止传感器坠落到GIS管道上,避免发生事故；保证待测设备绝缘良好,以防止低压触电；在狭小空间中使用传感器时,应尽量避免身体触碰GIS管道；行走中注意脚下,避免踩踏设备管道；在进行检测时,要防止误碰误动GIS其它部件；在使用传感器进行检测时,应戴绝缘手套,避免手部直接接触传感器金属部件.
24在开展局部放电超声波检测的过程中,应按照所使用的仪器操作说明,连接好仪器主机、传感器等各部件.当传感器与检测仪器之间的距离较远〔大于3米)时,还应接入前置放大器.需要使用外接电源供电时,主机必须接地局部放电超声波检测仪器接线4、检测接线
25GIS超声波局放测试点选择主要有：盆式绝缘子两侧.特别是水平布置的盆式绝缘子.测量点选择在隔室侧下方,如存在异常信号,则应在该隔室进行多点检测,查找信号最大点.在断路器断口处、隔离刀闸、接地刀闸、电流互感器、电压互感器、避雷器、导体连接部件等处均应设置测试点.5、传感器放置部位及要求
26局部放电超声波检测位置示意图
27传感器固定方式：1、手持法：适合巡检时使用,测试快速,有轻微抖动,需要掌握一定技巧2、绑扎法：使用绑扎带将传感器固定到GIS壳体上,适合精确检测及长时间检测3、用磁吸做固定：因GIS罐体多数为铝合金材料,使用条件极为有限.
28绑扎带固定超声波探头示意图
29放置传感器前,还要在传感器表面均匀涂抹一层耦合剂,耦合剂作用两个：1、消除传感器与GIS壳体之间的气隙,减少信号衰减；2、减少手持传感器带来的轻微机械抖动噪声
30a)测试背景噪声,背景噪声应满足测试环境要求.b)传感器与测点部位间无气隙地均匀涂抹专用耦合剂,测量时保持静止状态.c)将传感器经耦合剂贴附在设备外壳上,设置仪器为连续检测模式,观察信号有效值〔RMS)、周期峰值、频率成分1、频率成分2的大小,并与背景信号比较,看是否有明显变化.2、超声波局部放电检测流程
31d)当连续模式检测到异常信号时,应开展局部放电诊断与分析,首先通过挪动传感器位置,寻找信号最大值,查明可能的放电位置.然后通过应用相位检测模式、时域波形检测模式及脉冲检测模式判断放电类型；e)数据记录；通过仪器的谱图保存功能,保存检测谱图,包括连续模式谱图、相位模式谱图、时域波形谱图〔如有)、脉冲模式谱图〔如有).
32不同种类缺陷的可测量特征有效判据典型缺陷谱图分析与诊断四、超声波局部放电检测图谱的分析与诊断
332、有效判据自由颗粒产生的信号峰值、有效值比局放更高.自由颗粒的信号峰值具有周期性,但与50Hz频率无关.电晕放电信号具有很强的50Hz频率相关性.悬浮电位产生的局放,放电水平高,主要与100Hz频率相关,与50Hz频率相关性小.
