基于超高频法的GIS自由金属微粒局部放电检测与特性研究_张广东

GIS内部局部放电的高频检测技术研究本文针对GIS设备发生局部放电时，产生高频电磁波的特性，研究利用超高频检测技术，针对设备放电进行定位及检测。

针对所研发技术进行测试试验，采用试验用变压器对GIS设备加载电压，模拟相关悬浮电位故障和金属微粒故障进行超高频检测，试验结果证明，超高频检测技术，可以准确判断出设备故障发生的位置，通过同种型号设备故障模拟录波，建成设备故障数据库，可以有效准确的判定电力系统相关设备的故障类型。

标签：局部放电；高频检测；开关缺陷1 引言GIS是目前我国电力系统中常见的电器开关设备，由于其密封性，很难检测内部相关故障，尤其是电气故障中最常见的局部放电故障。

本文经过研究，针对GIS设备发生局部放电时，产生高频电磁波的特性，研究利用超高频检测技术，针对设备放电进行定位及检测。

针对所研发技术进行测试试验，采用试验用变压器对GIS设备加载电压，模拟相关悬浮电位故障和金属微粒故障进行超高频检测，试验结果证明，超高频检测技术，可以准确判断出设备故障发生的位置，通过同种型号设备故障模拟录波，建成设备故障数据库，可以有效准确的判定电力系统相关设备的故障类型。

2 试验设备高频检测电磁波实验，实验电压加载设备采用无局放试验变压器，针对GIS 设备加载电压至63kV，高频电磁信号测试仪放置在阻容分压器低压端，考虑到设备分压器的具有容性阻抗，造成设备初始相角超前现象，实验系统添加了相角调整装置，使放电信号的电磁波测量值，在容易检测的Ⅰ、Ⅱ相限内。

具体操作为在变压器端子悬挂金属线，在升压过程中观测相角的具体数值，当放电信号初始相角达到90°时，启动高频测试装置，采集信号，记录相关波形。

3 试验分析本文针对GIS设备内部常见局部放电两种情况，即悬浮电位放电和金属粒子放电两种进行实验测试，实验系统额定加载电压63kV，观测相角位置，利用超声波设备记录设备故障的相关图谱，通过频谱分析判定系统放电特性及故障状态，形成数据库文本。

超声波与特高频方法下的GIS局部放电检测技术分析GIS（气体绝缘开关设备）局部放电是GIS设备在使用过程中常见的故障形式之一，也是影响其安全运行的重要因素。

因此，对GIS局部放电进行准确的检测与分析，对设备性能和安全运行具有重要意义。

目前，超声波与特高频方法是常用的GIS局部放电检测技术。

本文将对这两种方法进行详细分析和比较。

超声波检测是通过变压器绝缘油中产生的声波来检测局部放电。

在GIS设备中，如果有局部放电现象，会产生高频的声波信号。

超声波检测系统会把这些声波信号收集回来，并分析处理，以判断设备是否存在局部放电现象。

超声波检测方法有以下几个优点。

首先，可以实时监测设备的局部放电情况。

其次，可以对设备内部各部位进行检测，包括各个开关组件和连接件。

此外，超声波检测无需对设备进行特殊处理，可以在设备正常运行时进行检测。

但是，超声波检测技术也存在一些局限性。

例如，它无法定量检测局部放电程度，无法准确定位故障点。

特高频方法是利用GIS局部放电产生的特高频信号来进行检测与分析。

特高频信号是指频率大于300MHz的电磁波信号。

特高频方法的检测原理是，当局部放电在GIS设备内发生时，会产生电磁波信号，这些信号通过空气介质传播到设备表面，然后由特高频探头接收。

特高频方法的优点是可以准确定位局部放电点，它的探头可以检测到信号的传播路径和强度，从而对设备的局部放电情况进行分析。

此外，特高频方法检测的信号频率高，检测的灵敏度较高，能够检测到微弱的局部放电信号。

但是，特高频方法的应用还需要一些设备和技术条件，例如特高频探头和信号分析仪。

综上所述，超声波与特高频方法是常用的GIS局部放电检测技术。

两种方法在局部放电检测方面都有一定的优点和局限性。

超声波检测可以实时监测设备的局部放电情况，并对设备内部各个部位进行检测，但无法定量检测和定位故障点。

特高频方法可以准确定位故障点，检测灵敏度高，但需要一定的设备和技术条件。

因此，在GIS局部放电检测中，可以结合使用超声波和特高频方法，以获得更准确和全面的检测结果。

GIS局部放电特高频检测技术的研究一、概述随着电力系统的不断发展，气体绝缘组合电器（GIS）因其优异的绝缘性能和紧凑的结构设计，在电力传输和分配中得到了广泛的应用。

GIS设备在运行过程中，由于设计制造缺陷、安装过程中的不当操作以及运行环境的恶化等原因，可能会产生局部放电现象。

局部放电是GIS设备绝缘性能恶化的重要征兆，长期存在将严重影响设备的正常运行，甚至导致整个电力系统的故障。

对GIS局部放电的检测与监测显得尤为重要。

特高频（UHF）检测技术作为一种新型的局部放电检测手段，因其具有抗干扰能力强、灵敏度高等优点，近年来在GIS局部放电检测中得到了广泛的应用。

特高频检测技术通过接收GIS设备内部局部放电产生的特高频电磁波信号，实现对局部放电的有效检测和定位。

该技术不仅可以用于设备的预防性维护，还可以在设备运行过程中进行实时监测，及时发现并处理潜在的绝缘缺陷，从而提高GIS设备的运行可靠性和电力系统的稳定性。

本文旨在深入研究GIS局部放电特高频检测技术，分析其检测原理、方法及应用现状，并探讨该技术在GIS局部放电检测和定位中的优化与改进。

通过本文的研究，期望能为GIS设备的故障诊断和预防性维护提供更为准确、有效的技术手段，为电力系统的安全稳定运行提供有力保障。

1. GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）的重要性及其在电力系统中的应用GIS，即气体绝缘金属封闭开关设备，是现代电力系统中不可或缺的关键组成部分。

其重要性不仅体现在提高电力系统的运行效率和稳定性上，更在于对电力输送和分配过程的安全保障。

GIS设备以其独特的结构和性能优势，在电力系统中发挥着日益重要的作用。

GIS设备具有出色的绝缘性能。

相比于传统的空气绝缘开关设备，GIS采用气体绝缘，大大提高了设备的绝缘强度，使其能够承受更高的电压等级，满足大规模、远距离电力输送的需求。

GIS 设备结构紧凑、占地面积小，有效解决了传统开关设备占地面积大、空间利用率低的问题，特别适用于城市电网和工矿企业等空间有限的场所。

超高频方法用于GIS 内局部放电检测摘要本文论述了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。

基于超高频法的GIS局部放电测试系统设计与应用【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。

Public Utilities Design公用工程设计【作者简介】张增辉（1988~），男，陕西西安人，工程师，从事高压试验及气体放电相关研究。

１引言GIS 是由断路器、接地与隔离开关、互感设备、避雷系统、母线以及相应的连接件、终端等部件组成的电器设备，其全称为Gas Insulated Substation ，也就是气体绝缘全封闭组合电器。

在我国，GIS 已经广泛地应用于电力系统特别是高压输电系统中，以其占地面积小、元件密封防干扰、检修周期长等诸多优点，发挥了重要的作用。

然而，在具体的使用过程中，GIS 也不可避免地遇到各种各样的故障问题，需要及时地进行检修，提前发现故障或者潜在风险并予以排除，从而保障GIS 的安全稳定运行[1]。

２ＧＩＳ放电检测技术基本概况２．１特高频法局部放电监测技术的发展情况概述特高频法是GIS 局部放电检测技术的重要方法，是通过对GIS 设备的局部放电所产生的特高频电磁波信号，采取专业的检测方法进行检测，从而发现GIS 设备中存在的故障或者风险隐患。

特高频法与其他检测方法相比，灵敏度非常高，可以更加精准地发现GIS 设备中的细微瑕疵，并且不容易受到GIS 相关设备或者部件的信号干扰，检测的准确性非常高。

该技术首先在西欧地区以及日本进行研发，其中英国苏格兰Torness 核电站上的GIS 设备，于1986年安装上了世界上生产出来的第一套特高频法监测装置。

进入20世纪90年代以后，英国的电力系统已经基本上实现了内部耦合特高频法在线监测设备全覆盖，实现了监测技术的全方位推进。

从目前情况看，世界上已经有数十个国家或地区安装了特高频法监测设备，并且发挥了巨大的作用，及时发现GIS 设备运行过程中存在的大量故障，使国民经济发展和电力供应得到了很好的保障。

在我国，目前特高频法在GIS 设备中的应用尚处于研究和实践探索的初期阶段，清华大学、重庆大学及西安交通大学等高等院校纷纷借鉴国外的先进技术及经验，对特高频法在GIS 局部放电检测工作中的应用进行了深入地研究，并且已经尝试向实用方向推广。

超高频法在GIS设备局部放电检测中的应用1概述近年来，随着城市电网建设的发展，GIS变电站的数量不断增加。

目前，河南省内GIS变电站已接近40座，预计今后几年内还将继续增加。

由于GIS设备的运行电压高、其内空间极为有限，导致GIS设备的工作场强很高。

另一方面，GIS设备中绝缘裕度相对较小，在严格控制的环境条件下，GIS设备中SF6气体的击穿强度可望达到相当高的水平，但实际通常只能达到期望值的一半，甚至更低。

一旦GIS设备内部出现某种缺陷，极易发生设备故障。

随着GIS变电站数量的增多，GIS设备发生故障的几率也在增加。

由于以往人们认为GIS设备属于免维护设备，加之GIS变电站数量较少，监测设备故障的手段和措施相对有限。

因此，加强和完善GIS设备交接试验以及GIS设备的运行监测，对保障GIS设备的安全运行具有重要意义。

研究表明，GIS设备内部故障以绝缘性故障为多。

2001年河南省发生的3起GIS 设备故障均为绝缘性故障。

国内其它省份亦有类似情况。

GIS设备的局部放电往往是绝缘性故障的先兆和表现形式。

一般认为，GIS设备中放电使SF6气体分解，严重影响电场分布，导致电场畸变，绝缘材料腐蚀，最终引发绝缘击穿。

实践证明，开展局部放电检测可以有效避免GIS事故的发生。

目前，河南省有关部门正在研究和制定GIS设备局部放电测量的具体实施方案，拟将GIS设备局部放电测量列入GIS设备交接试验和运行监测项目。

[b]2GIS设备局部放电检测方法[/b]GIS设备局部放电既是内部绝缘故障的先兆，又是绝缘故障的典型表现。

2．1GIS设备内部常见缺陷a．GIS设备中固体绝缘材料内部的缺陷如生产工艺过程中残存在盆式绝缘子内部或与导体交界处的气隙。

b．GIS设备内残留自由导电微粒，如金属碎屑或金属颗粒这是较为普遍存在的一种缺陷，一般是由于制造、安装等原因造成的。

c．GIS设备中的导体表面存在突出物，如毛刺、尖角等这种缺陷易发生电晕放电，在稳定的运行电压下一般不会引发绝缘击穿，但在冲击电压下可能导致绝缘击穿。

一起220kVGIS自由金属颗粒局部放电的检测与思考摘要：近年来，随着组合电器（以GIS为主）在电网中快速普及应用，由于设备本身质量、装配质量等引发的各类绝缘击穿放电事故屡有发生，并呈现明显增长趋势，严重危害了电网的安全运行可靠性。

国家电网公司对此十分重视，连续两年组织组合电器带电检测技能竞赛，发现多起GIS局部放电缺陷，成果相当显著。

组合电器的绝缘击穿事故并不是毫无征兆的，总是存在一个或长或短的从局部放电发展到贯穿型放电的过程。

倘若我们在这个过程中检测发现局部放电缺陷并及时正确处理，该类事故将不会发生。

但事实上，准确检出变电站实际运行中的组合电器存在的局部放电存在较大难度，主要表现在：变电站运行环境复杂，各类干扰信号、背景噪声广泛存在；部分带电检测设备性能低下，现场抗干扰性差、检测灵敏度低；部分检测人员业务素质不高，经验缺乏，不能准确区分干扰信号和有效信号；个别局部放电存在明显的间歇性。

本文针对工作中一起220kV GIS自由金属颗粒放电的检测过程、判断依据、定位情况进行了详细说明，并对其存在的危害性进行了阐述。

关键词：自由金属颗粒；特高频；超声波；局部放电；定位GIS局部放电形式大体有四类，其中自由金属颗粒较为罕见，本文针对工作中一起220kV GIS自由金属颗粒放电的检测过程、判断依据、定位情况进行了详细说明，并对其存在的危害性进行了阐述。

检测概况为检测人员对一组型号ZF9-252的GIS进行超声波局部放电检测时，发现在西母南段电压互感器A相隔离开关气室检测到明显超声波异常信号，信号位于罐体底部且幅值不稳定，跳跃明显，飞行模式具有典型自由颗粒特征。

特高频局部放电检测和SF6气体成分分析结果均未见明显异常。

分析认为西母南段电压互感器A相隔离开关气室超声波异常信号是由隔离开关气室底部的自由颗粒引起的。

一、检测数据超声波局部放电检测到西母南段电压互感器A相隔离开关气室检测到明显超声波异常信号，信号幅值不稳定，跳跃明显。

基于超高频法的典型GIS局部放电检测
孙曙光;陆俭国;俞慧忠;沈建位;金少华
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】2012(48)4
【摘要】GIS局部放电检测是GIS绝缘状态监测的一种科学有效的方法。

笔者构建了GIS实验模型以及基于超高频法的局部放电在线检测系统,对GIS中典型的几种局部放电特征进行了研究,采用基于相位的分析模式详细分析了不同放电类型在不同电压条件下的放电特征,并结合常规局部放电测试仪,对UHF信号的放电量进行估计,为进一步进行放电类型的智能模式识别及研究超高频信号与放电量关系提供了试验依据,以提高UHF局部放电检测的工程实用性。

【总页数】6页(P7-12)
【关键词】GIS;局部放电;超高频;相位分析;放电量
【作者】孙曙光;陆俭国;俞慧忠;沈建位;金少华
【作者单位】河北工业大学;浙江开关厂有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM56
【相关文献】
1.基于超高频法的GIS自由金属微粒局部放电检测与特性研究
2.基于超高频法的典型GIS局部放电检测
3.GIS典型缺陷的局部放电超高频检测及模式识别
4.基于
超高频法的GIS局部放电在线检测系统5.基于超高频法的GIS局部放电在线检测系统
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特高频检测在GIS局部放电检测中的研究应用摘要：特高频法检测技术是最近几年对GIS进行局部放电检测的检测手段，相比于其他的测试方法，该方法有高灵敏、易定位等优点。

因此，放电点的定位是特高频监测中的一个关键点，利用特高频法进行GIS典型缺陷模型的局部放电检测，对GIS局部放电的在线监测技术研究有很好的应用前景，具有较高的工程实际意义。

关键词：局部放电；特高频检测；故障定位；前言GIS自上世纪中期问世以来迅速发展，以其占地空间小、受环境影响小、运行可靠性高等优点，在电力系统中得到了广泛应用。

GIS作为电力系统运行的重要设备，如果发生故障，将影响电力系统正常运行，所以需要保证GIS可靠运行。

因此，通过对组合电器、变压器等电力设备进行带电检测，既可以保证电力设备的正常运行，又可以有效地排除一些危险的故障。

文章通过对GIS套管故障点的定位分析法对特高频信号进行故障定位。

最后分析故障原因，验证基于特高频法的GIS局部放电的可行性与准确性。

1.GIS特高频局部放电检测方法1.1幅值比较定位幅值比较定位法的基本思路就是距离越近的传感器检测到的信号越强。

通常采用多点安装传感器检测，其中信号最强的点距离故障点越近。

由于此方法原理简单，操作方便，一般情况下都是由工作人员手持便携监测仪器进行初步的故障点定位。

但是其精确度不高，且监测仪器会受到很多因素干扰。

比如当放电量很大时，此时放电信号非常强，在短距离内的监测信号几乎一模一样。

与此同时，当GIS外部出线故障时，在不同的位置也可以监测到相同强度的放电信号。

这对故障点的定位十分不利。

当发生此情况时，可以变换传感器朝向，将传感器朝外，比较内外的信号特征及其幅值差异。

如果外向信号幅值大于内向信号，基本确认故障点来源于外部。

1.2放电定位法当检测到放电信号时，需要进行放电源定位，区分GIS内部的局部放电和GIS外部的干扰放电；如果是GIS内部的局部放电，确定它的具体位置。

1.3时差定位法时差定位法的基本思路是在多个测量点中找出时域信号最超前的，此点距离故障点最近。