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摘要本文论述了UHF法以及UHF法方法检测GIS 内局部放电的可行性和UHF法的应用。
关键词超高频法局部放电检测
中图分类号： TN135+.3 文獻标识码： A 文章编号：
对GIS进行局部放电检测是保证GIS正常运行的重要措施，由于可能出现的局部放电信号比较弱，检测时，受到主要由空气中电晕组成的外界干扰非常大，因此区分外界干扰和GIS中的局部放电十分重要。常规电气测试方法要么缺乏识别干扰信号依据，要么影响GIS的正常运行。针对常规局部放电检测法存在的问题，近年来发展了一种新的检测技术——超高频(UHF)法。许多国家的研究表明， UHF法在线检测G IS绝缘前景良好。
一、超高频法(UHF法)
GIS设备中的SF6气体具有很高的绝缘强度，研究表明，处于高气压SF6气体环境中的局部放电，其放电信号的上升沿及持续时间极短，一般为ns级。典型GIS设备局部放电信号的频谱可从低频到数百MHz甚至1GHz以上。研究认为，GIS设备中的放电脉冲波不仅以横向电磁波(TEM波)的形式传播，而且还会以横向电场波(TE波)和横向磁场波(TM波)的方式传播。对于TE波和TM波存在一个下限截止频率，一般为几百MHz。当信号频率小于截止频率时，其衰减很大；而信号频率大于截止频率时，信号在传播时的损失很小。由于GIS设备的金属同轴结构是一个良好的波导，局部放电产生的超高频信号可以有效地沿波导传播。由于多处装有盆式绝缘子，这些绝缘子均为非铁磁材料，可以透射超高频电磁波信号，当GIS设备局部放电产生的电磁波沿金属轴(筒)传播时，部分信号可通过绝缘子向外辐射，通过无线检测方式即可接收到这些从GIS设备内部传出的放电信号与传统局部放电测量方法相比，检测这种超高频放电信号的方法(即UHF法)具有其独特的抗干扰特性。一般来讲，局部放电测量中所遇到的干扰信号主要是来自电网中电磁信号的干扰，如电晕干扰、开关操作过程中产生的干扰以及各种高压电气设备产生放电等，这些干扰均属于脉冲型干扰信号，其特征往往与局部放电信号相近，甚至一致。因此，就局部放电检测技术而言，解决测量过程中所遇到的干扰问题是目前传统局部放电测量中的主要难点。采用超高频检测方法可有效避开各种干扰信号，使GIS局部放电测量的信噪比大大提高。超高频法的缺点是无法实现GIS设备局部放电的放电量标定。超高频法测量的信号频率很高，所检测到的信号与诸多因素有关，除放电量大小外，还涉及局部放电源的类型、电磁信号的传播路径、放电源的位置等。与传统局部放电的放电量标定相比，超高频法进行放电量的标定比较困难。尽管如此，由于超高频法具有较高的抗干扰能力，该方法仍是一种很有发展前途的检测方法。
二、U HF法测试系统
超高频GIS局部放电测试系统主要由传感器、数字示波器和计算机等部分组成，工作频带主要在250MHz～400MHz之间。天线是设计中的关键，主要考虑天线的安放位置、工作频率和阻抗三个问题。若将天线安装在GIS内部，则内部电磁信号易于接收而且外部干扰几乎被完全屏蔽，灵敏度很高。但由于GIS内部引入天线可能影响正常运行甚至引起击穿，这就对GIS的制造提出了更高的要求，对原已投运的在线GIS更不易应用。因此，采用外部天线法，把天线放在GIS金属外壳与盆式绝缘子连接处接收从该处传播出来的电磁波。天线的中心频率应避开空气中的电晕频率，且要保证天线的频带有一定的带宽。天线的阻抗要经过计算和测量，得到准确值，以便和电缆、示波器的阻抗相互匹配。另外，考虑到测试系统中传输的是超高频信号，故针对测试系统各个部分特点分别采取了接地、屏蔽、滤波等多种形式的抗干扰措施。
三、实验
GIS内出现自由金属微粒、固定微粒、绝缘老化等原因都可能发生局部放电。在实验装置上，以尖板间隙模拟GIS中含有固定微粒的情况。将充满SF6气体的金属罐子内的尖板距离调整到1.5cm，气体压强为0.3MPa，此时尖板间的起晕电压约为30kv。若取下滤波器，发现当加压到20kv时，已能从天线中接收到实验线路中的电晕信号了。此时若接上滤波器，便可滤去此电晕干扰信号。这说明此实验线路空气中的起晕电压约为20kv左右。
然后将金属罐子内的尖板距离调整到1.0cm，气体压强为0.25MPa，此时SF6尖板间隙的起晕电压约为15kv。接上滤波器，当加压到时15kv，便可从天线中接收到此电晕信号了。
四、超高频法的应用
(1)UHF法的适用范围：根据超高频法的特点，在以下2个方面适宜开展GIS设备局部放电测量。
a. 在进行GIS设备交流耐压试验的同时补充局部放电测量，试验电压为GIS设备交流耐压试验电压。GIS设备交流耐压试验的主要目的是对已安装完毕的GIS设备进行老练处理并检验其安装工艺质量。但现场运行经验证明，现行的交流耐压试验并不能完全消除GIS设备中某些残留缺陷。在对GIS设备做交流耐压试验的同时进行局部放电测量，有助于考核交流耐压试验的效果，并保存GIS设备局部放电水平的基础资料，为现场运行工况下GIS设备运行监测及事故分析提供依据。当交流耐压试验过程中出现严重的局部放电时，亦可建议适当延长交流耐压试验时间，至少延长老练试验的时间。
b. 对现场运行工况下的GIS设备在线进行局部放电测量，特别是对新安装投运不久的GIS设备进行局部放电检测，因为新投运半年的GIS 设备发生故障的几率最大。
(2) UHF法的实际应用
例如，GIS变电站进行了交流耐压试验条件下的局部放电测量，发现在交流耐压试验过程中，放电具有显著的间歇性，试验电压升高时放电信号的幅值相对较大。对于110kV电压等级GIS变电站，在72kV试验电压下(老练时的电压)，超高频传感器接收到的局部放电信号幅值一般在100mV以下，多数局部放电信号在试验电压下逐渐熄灭，但仍有一些放电信号即使在1 min交流耐压试验结束时仍保持一定的放电水平，对此建议适当延长试验时间或在GIS设备投入运行后不久进行在线局部放电测量。
五、结论
1、超高频法可以有效地解决现场干扰环境下的局部放电检测问题。
2、在进行GIS设备交流耐压试验的同时补充局部放电测量，有助于考核交流耐压试验的效果，为现场运行工况下GIS设备运行监测及事故分析提供依据。
3、开展现场运行工况下的GIS设备在线局部放电测量,特别是对新安装投运不久的GIS设备进行局部放电检测，对于保障GIS设备的安全运行具有重要意义。
参考文献:
[1].邱毓昌.用超高频法对GIS 绝缘进行在线监测[J ].高压电器.1997.
[2].董振亚.电力系统的过电压保护.中国电力出版社. 1997.
关键词超高频法局部放电检测
中图分类号： TN135+.3 文獻标识码： A 文章编号：
对GIS进行局部放电检测是保证GIS正常运行的重要措施，由于可能出现的局部放电信号比较弱，检测时，受到主要由空气中电晕组成的外界干扰非常大，因此区分外界干扰和GIS中的局部放电十分重要。常规电气测试方法要么缺乏识别干扰信号依据，要么影响GIS的正常运行。针对常规局部放电检测法存在的问题，近年来发展了一种新的检测技术——超高频(UHF)法。许多国家的研究表明， UHF法在线检测G IS绝缘前景良好。
一、超高频法(UHF法)
GIS设备中的SF6气体具有很高的绝缘强度，研究表明，处于高气压SF6气体环境中的局部放电，其放电信号的上升沿及持续时间极短，一般为ns级。典型GIS设备局部放电信号的频谱可从低频到数百MHz甚至1GHz以上。研究认为，GIS设备中的放电脉冲波不仅以横向电磁波(TEM波)的形式传播，而且还会以横向电场波(TE波)和横向磁场波(TM波)的方式传播。对于TE波和TM波存在一个下限截止频率，一般为几百MHz。当信号频率小于截止频率时，其衰减很大；而信号频率大于截止频率时，信号在传播时的损失很小。由于GIS设备的金属同轴结构是一个良好的波导，局部放电产生的超高频信号可以有效地沿波导传播。由于多处装有盆式绝缘子，这些绝缘子均为非铁磁材料，可以透射超高频电磁波信号，当GIS设备局部放电产生的电磁波沿金属轴(筒)传播时，部分信号可通过绝缘子向外辐射，通过无线检测方式即可接收到这些从GIS设备内部传出的放电信号与传统局部放电测量方法相比，检测这种超高频放电信号的方法(即UHF法)具有其独特的抗干扰特性。一般来讲，局部放电测量中所遇到的干扰信号主要是来自电网中电磁信号的干扰，如电晕干扰、开关操作过程中产生的干扰以及各种高压电气设备产生放电等，这些干扰均属于脉冲型干扰信号，其特征往往与局部放电信号相近，甚至一致。因此，就局部放电检测技术而言，解决测量过程中所遇到的干扰问题是目前传统局部放电测量中的主要难点。采用超高频检测方法可有效避开各种干扰信号，使GIS局部放电测量的信噪比大大提高。超高频法的缺点是无法实现GIS设备局部放电的放电量标定。超高频法测量的信号频率很高，所检测到的信号与诸多因素有关，除放电量大小外，还涉及局部放电源的类型、电磁信号的传播路径、放电源的位置等。与传统局部放电的放电量标定相比，超高频法进行放电量的标定比较困难。尽管如此，由于超高频法具有较高的抗干扰能力，该方法仍是一种很有发展前途的检测方法。
二、U HF法测试系统
超高频GIS局部放电测试系统主要由传感器、数字示波器和计算机等部分组成，工作频带主要在250MHz～400MHz之间。天线是设计中的关键，主要考虑天线的安放位置、工作频率和阻抗三个问题。若将天线安装在GIS内部，则内部电磁信号易于接收而且外部干扰几乎被完全屏蔽，灵敏度很高。但由于GIS内部引入天线可能影响正常运行甚至引起击穿，这就对GIS的制造提出了更高的要求，对原已投运的在线GIS更不易应用。因此，采用外部天线法，把天线放在GIS金属外壳与盆式绝缘子连接处接收从该处传播出来的电磁波。天线的中心频率应避开空气中的电晕频率，且要保证天线的频带有一定的带宽。天线的阻抗要经过计算和测量，得到准确值，以便和电缆、示波器的阻抗相互匹配。另外，考虑到测试系统中传输的是超高频信号，故针对测试系统各个部分特点分别采取了接地、屏蔽、滤波等多种形式的抗干扰措施。
三、实验
GIS内出现自由金属微粒、固定微粒、绝缘老化等原因都可能发生局部放电。在实验装置上，以尖板间隙模拟GIS中含有固定微粒的情况。将充满SF6气体的金属罐子内的尖板距离调整到1.5cm，气体压强为0.3MPa，此时尖板间的起晕电压约为30kv。若取下滤波器，发现当加压到20kv时，已能从天线中接收到实验线路中的电晕信号了。此时若接上滤波器，便可滤去此电晕干扰信号。这说明此实验线路空气中的起晕电压约为20kv左右。
然后将金属罐子内的尖板距离调整到1.0cm，气体压强为0.25MPa，此时SF6尖板间隙的起晕电压约为15kv。接上滤波器，当加压到时15kv，便可从天线中接收到此电晕信号了。
四、超高频法的应用
(1)UHF法的适用范围：根据超高频法的特点，在以下2个方面适宜开展GIS设备局部放电测量。
a. 在进行GIS设备交流耐压试验的同时补充局部放电测量，试验电压为GIS设备交流耐压试验电压。GIS设备交流耐压试验的主要目的是对已安装完毕的GIS设备进行老练处理并检验其安装工艺质量。但现场运行经验证明，现行的交流耐压试验并不能完全消除GIS设备中某些残留缺陷。在对GIS设备做交流耐压试验的同时进行局部放电测量，有助于考核交流耐压试验的效果，并保存GIS设备局部放电水平的基础资料，为现场运行工况下GIS设备运行监测及事故分析提供依据。当交流耐压试验过程中出现严重的局部放电时，亦可建议适当延长交流耐压试验时间，至少延长老练试验的时间。
b. 对现场运行工况下的GIS设备在线进行局部放电测量，特别是对新安装投运不久的GIS设备进行局部放电检测，因为新投运半年的GIS 设备发生故障的几率最大。
(2) UHF法的实际应用
例如，GIS变电站进行了交流耐压试验条件下的局部放电测量，发现在交流耐压试验过程中，放电具有显著的间歇性，试验电压升高时放电信号的幅值相对较大。对于110kV电压等级GIS变电站，在72kV试验电压下(老练时的电压)，超高频传感器接收到的局部放电信号幅值一般在100mV以下，多数局部放电信号在试验电压下逐渐熄灭，但仍有一些放电信号即使在1 min交流耐压试验结束时仍保持一定的放电水平，对此建议适当延长试验时间或在GIS设备投入运行后不久进行在线局部放电测量。
五、结论
1、超高频法可以有效地解决现场干扰环境下的局部放电检测问题。
2、在进行GIS设备交流耐压试验的同时补充局部放电测量，有助于考核交流耐压试验的效果，为现场运行工况下GIS设备运行监测及事故分析提供依据。
3、开展现场运行工况下的GIS设备在线局部放电测量,特别是对新安装投运不久的GIS设备进行局部放电检测，对于保障GIS设备的安全运行具有重要意义。
参考文献:
[1].邱毓昌.用超高频法对GIS 绝缘进行在线监测[J ].高压电器.1997.
[2].董振亚.电力系统的过电压保护.中国电力出版社. 1997.