220 kV GIS局部放电在线监测系统方案
周 正，郑建新，李贵珍，卢忠亮
【摘 要】【摘 要】介绍了鞍钢股份鲅鱼圈钢铁分公司电网220 kV总降压变电站GIS设备局部放电在线监测系统的基本功能配置。针对当前变电站GIS设备内部绝缘性故障，提出了新的检测方法和技术要求，并对变电站GIS设备局部放电在线监测系统在运行管理中存在的问题和经验不足进行了分析，并提出了相应的改进措施和要求，对今后发展前景进行了分析规划。 【期刊名称】冶金动力 【年(卷),期】2011(000)001 【总页数】4
【关键词】【关键词】变电站；局部放电；在线监测；盆式绝缘子；超高频检测
1 概述
近年来，随着鞍钢鲅鱼圈电网建设的发展，GIS变电站的数量不断增加。目前，鞍钢电网所辖区域内GIS变电站已接近30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、空间有限，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变电站数量增多，GIS设备发生故障几率也在增加。由于以往我们认为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。例如2008年辽宁省发生的 3起（其中有鞍钢1起）GIS设备故障均为绝缘性故障。国内其他省份亦有类似情况。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（盆式绝缘子）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。
2 GIS设备局部放电检测
2.1 GIS设备内部常见缺陷
（1）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。
（2）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，一般是由于厂家制造、安装等原因造成的。
（3）GIS设备中的导体表面存在尖端突出物，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。
（4）GIS设备内的导体接触不良等。 上述缺陷往往可以引发GIS设备局部放电。 2.2 GIS设备内部缺陷产生局部放电的特征
（1）发生在导体周围的电晕放电，由于气体中的分子是自由移动的，因此GIS设备中的电晕放电过程与空气中的电晕放电相似。
（2）GIS设备中绝缘子内部的气隙放电在工频正负两个半周内基本相同，即正负半周放电指纹基本对称。放电脉冲一般出现在试验电压幅值绝对值的上升部
分，放电频率依赖于所加电压大小，只有在放电强烈时，才会扩展到电压绝对值下降部分的相位上，且每次放电的大小不相等。绝缘子缺陷在出厂时可能并不出现，但在运输及安装过程中有可能造成损伤。一些缺陷最初可能无害，只是在机械振动和静电力作用下可能轻微移动，形成潜在的隐患。
（3）绝缘子表面的缺陷（如污秽等）有助于表面电荷的增加，可能会形成表面放电，导致绝缘子表面的绝缘劣化，甚至击穿。
（4）自由导电微粒和固体导体上金属突起放电的相位分布有着明显不同。这个特征通常可以用来区分缺陷的类型。GIS设备中自由导电微粒有积累电荷能力，在交流电压作用下，静电力可使导电微粒在GIS筒内跳动，如直立旋转、舞动运动等。这种运动与放电的出现在很大程度上是随机的，这一过程与所加电压大小以及微粒的特性有关。如果一个跳动的微粒接近或运动至GIS设备中的高场强区时，伴随产生的局部放电有可能形成导电通道，造成绝缘击穿。相对而言，GIS设备内残留的金属碎屑或金属颗粒产生的各种效应是最为严重的，因此，金属颗粒的放电对GIS设备的危害相对较大。
3 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1 GHz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
220kV GIS局部放电在线监测系统方案
