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摘要：传统局部放电检测方法由于其检测频率低，易受外界干扰需停电，难以应用于现场带电检测。特高频（UHF）局部放电检测技术是目前国际上对气体绝缘全封闭组合电器（GIS）设备普遍采用的状态监测技术，具有灵敏度高、抗干扰性好等特点。重点介绍了GIS特高频局部放电在线监测技术研究的意义和目的，分析了该技术在全封闭组合电器（GIS）设备上的应用以及国内外研究水平的对比，为掌握电网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：局部放电检测；特高频；在线监测
作者简介：李洪凯（1962-），男，辽宁朝阳人，辽宁省电力有限公司朝阳供电公司副总工程师，高级工程师；张静（1972-），女，辽宁北票人，辽宁省电力有限公司朝阳供电公司运维检修部副主任，高级工程师。（辽宁 朝阳 122000）
中图分类号：TM595 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）23-0223-02
GIS 在电力系统中起着重要的作用，它能否正常运行会影响到整个电力系统的安全和稳定，因此有必要研究它的运维对策，提高高压电气设备运行的可靠性，确保电力系统的正常稳定工作。
一、研究的意义和目的
GIS设备是电网的关键设备，一旦发生故障将带来巨大经济损失，例如一个均负荷80MW（2台主变）的110kV GIS终端站停电7天会造成近835.6万元的直接经济损失，其造成的间接经济损失无法估量。随着我国经济发展和城市化进程的加速，GIS设备的需求量急剧增加。由于目前GIS生产厂家众多，制造水平不一，产品质量分散性很大。而且，我国早期投运的GIS已经进入寿命的中后期，设备运行进入了故障多发期；因现场安装施工条件所限，新投运GIS设备出故障的概率和风险也很高。这与当前全社会对电网可靠性日益提高的要求之间产生了巨大的矛盾。
为保障这些设备及电网的可靠运行，提高状态检修水平，迫切要发展先进的在线检测技术手段，并对GIS设备运行状况进行详细的普查和摸底，建立详实可靠的设备运行数据，在此基础上制定完善的状态检修策略。
现有UHF局放检测系统采用的盆子式传感器灵敏度较低，安装数量大，成本高，且在屏蔽式盆子的GIS上根本无法使用。目前，我们开发的介质窗传感器，无论是灵敏度还是屏蔽性能都有了极大提高。传感器的技术参数如表1所示。
传统的通过RF同轴电缆将信号引至采集分析单元的方式需要现场大量的走线，也存在查线工作繁琐、成本高，可靠性低等问题，而且影响GIS设备的美观。图1所示的传感器上嵌入处理板并通过无线方式传输数据的检测系统则属于新一代更加实用化的架构，可靠性更好。
可见，本课题的开展对于GIS局放在线检测技术的深入研究和推广应用，提高状态检修和电网的智能化水平无疑都具有重要意义。
二、国内外研究水平对比
目前普遍采用电气法和振动法来监测局部放电。电气法主要有外壳电极法、内电极法、脉冲电流法和UHF法。由于GIS通常是多处接地，因此不宜采用从外壳接地线上检测脉冲电流的方法来测量局部放电。外壳电极法是20世纪80年代由日本研制，在GIS外壳上敷设绝缘薄膜和金属电极，外壳与金属电极间构成一个电容，将高频放电信号耦合至检测阻抗上，该信号经放大得到GIS局放水平。优点是结构简单、实用，缺点是易受干扰，最小检测量约为300pC。
内部电极法于1988年在英国研制出来，将法兰内部加装金属电极，该电极与外壳构成耦合电容，以此提取局部放电的脉冲信号。采用多个电容传感器，由GIS局放信号到达不同传感器的时差确定放电点，最小检测量10pC。英国DMS公司经过15年已在全世界50多个国家安装了超过400套监测装置，发现了84个能够引起GIS停机的故障，避免了大的经济损失。图1为DMS公司的盆子式传感器和内置式传感器。
另一种内部电极法，是在盆式绝缘子内靠近接地端预先埋设一个电极。此法其实就是内部天线法，其信号也是UHF信号。优点是抗干扰性能好、灵敏度高，可检测出5pC的局部放电，内电极只能在厂家生产过程中预先埋设，现场安装往往不易实现。
振动法主要对自由金属微粒缺陷及外壳接触不良型放电比较敏感，而对于其他类型的放电由于振动特征不明显，且信号衰减严重，多作为电气法的补充和辅助定位。
超高频法（UHF：300MHz～3GHz）就是利用局部放电辐射出的UHF电磁波进行检测的一种方法。该方法具有抗干扰能力强、灵敏度高等特点，且这种非接触的测量方式对于二次设备和人员更安全，系统结构简单，特别适合于在线监测，因而较之其他方法具有明显的优势。最早提出并进行研究的是英国Strathclyde大学，第一套GIS的UHF监测装置于1986年安装在苏格兰的Torness核电站。近年来，UHF检测已成为广大研究者关注的热点，并广泛应用在GIS、电力变压器、电缆和发电机等电力设备上。至20世纪90年代中，英国所有新GIS装置都为UHF监测安装了内部耦合器。目前英国、德国许多欧洲国家在现场均采用此法，将其普遍应用于工厂试验、预试和在线监测。我国局部放电UHF检测技术从20世纪90年代迅速发展。
GIS局部放电UHF在线检测技术在现场的大量应用实践表明：设备运行现场往往存在复杂的电磁环境，有较多的随机性宽带、窄带干扰源，导线电晕、高压出线端部的悬浮放电、临近设备电等干扰，成为UHF检测法现场应用的瓶颈。这就要求必须进一步推进传感器的优化、信号检测频带的合理选择以及新型抗干扰技术方面的研究，并进行准确的评估和诊断，为及时安排检修提供可靠信息。
三、理论研究和实践依据
“介质窗口安装的无线数据通讯方式的特高频局放在线监测系统研究”项目（见图2、图3）是建立在局部放电特高频检测技术基础之上，对技术的应用水平和实用性进行进一步的提升。
项目关键内容之一就是通过嵌入式单元实现UHF检波信号的处理和无线传输。现在高频电子及软硬件信号处理技术完全达到了对UHF检波信号进行调理和嵌入式分析处理的水平，我们此前研发的技术已经对这些方面独立予以实现，为本项目针对现场应用实用化的需求采用新的框架实现奠定了技术基础。
对于局部放电信号的特征研究（UHF局部放电定位软件见图3），我们通过试验室的研究已经积累了大量经验。目前已经对GIS局放UHF信号的辐射和基本组件对信号传播的影响进行了深入探索，为本项目的开展积累了丰富的理论和实践经验。本项目通过对实际GIS的建模，实现传感器的优化布局，具有技术可行性。
大量研究表明，局部放电的模式识别可通过PRPD谱图形状因子和图像识别技术予以实现。对于UHF局放信号，我们也进行了放电时频特征和统计特征的试验研究，目前已经在实验室实现了典型放电信号特征的提取，为放电类型自动识别做好了准备。
四、结束语
全封闭组合电器（GIS）在我国超高压变电站中普遍使用，承载着城市电网重要负荷供电安全和可靠运行的重任。随着我国电力系统的飞速发展，电网新投运GIS设备规模十分巨大，对设备的日常维护提出了很高要求。特高频（UHF）局放检测作为一项新的检测技术，可在全封闭组合电器（GIS）运行中对设备内部各种原因的放电进行有效准确的检测，为掌握设备的运行状况提供了一种安全、有效、便捷的检测手段。
参考文献：
[1]印华，邱毓昌.GIS中局部放电测量用超高频方法的研究[J].高电压技术，2004，（10）.
[2]黄兴泉，康书英，李泓志.GIS局部放电超高频检测法有关问题的仿真研究[J].电网技术，2006，（7）.
[3]卢启付.实时频谱测量技术在电力设备局部放电检测中的应用[J].广东电力，2008，（8）.
[4]姚勇，岳彦峰，黄兴泉.GIS超高频超声波局放检测方法的现场应用[J].高电压技术，2008，（2）.
（责任编辑：刘辉）
关键词：局部放电检测；特高频；在线监测
作者简介：李洪凯（1962-），男，辽宁朝阳人，辽宁省电力有限公司朝阳供电公司副总工程师，高级工程师；张静（1972-），女，辽宁北票人，辽宁省电力有限公司朝阳供电公司运维检修部副主任，高级工程师。（辽宁 朝阳 122000）
中图分类号：TM595 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）23-0223-02
GIS 在电力系统中起着重要的作用，它能否正常运行会影响到整个电力系统的安全和稳定，因此有必要研究它的运维对策，提高高压电气设备运行的可靠性，确保电力系统的正常稳定工作。
一、研究的意义和目的
GIS设备是电网的关键设备，一旦发生故障将带来巨大经济损失，例如一个均负荷80MW（2台主变）的110kV GIS终端站停电7天会造成近835.6万元的直接经济损失，其造成的间接经济损失无法估量。随着我国经济发展和城市化进程的加速，GIS设备的需求量急剧增加。由于目前GIS生产厂家众多，制造水平不一，产品质量分散性很大。而且，我国早期投运的GIS已经进入寿命的中后期，设备运行进入了故障多发期；因现场安装施工条件所限，新投运GIS设备出故障的概率和风险也很高。这与当前全社会对电网可靠性日益提高的要求之间产生了巨大的矛盾。
为保障这些设备及电网的可靠运行，提高状态检修水平，迫切要发展先进的在线检测技术手段，并对GIS设备运行状况进行详细的普查和摸底，建立详实可靠的设备运行数据，在此基础上制定完善的状态检修策略。
现有UHF局放检测系统采用的盆子式传感器灵敏度较低，安装数量大，成本高，且在屏蔽式盆子的GIS上根本无法使用。目前，我们开发的介质窗传感器，无论是灵敏度还是屏蔽性能都有了极大提高。传感器的技术参数如表1所示。
传统的通过RF同轴电缆将信号引至采集分析单元的方式需要现场大量的走线，也存在查线工作繁琐、成本高，可靠性低等问题，而且影响GIS设备的美观。图1所示的传感器上嵌入处理板并通过无线方式传输数据的检测系统则属于新一代更加实用化的架构，可靠性更好。
可见，本课题的开展对于GIS局放在线检测技术的深入研究和推广应用，提高状态检修和电网的智能化水平无疑都具有重要意义。
二、国内外研究水平对比
目前普遍采用电气法和振动法来监测局部放电。电气法主要有外壳电极法、内电极法、脉冲电流法和UHF法。由于GIS通常是多处接地，因此不宜采用从外壳接地线上检测脉冲电流的方法来测量局部放电。外壳电极法是20世纪80年代由日本研制，在GIS外壳上敷设绝缘薄膜和金属电极，外壳与金属电极间构成一个电容，将高频放电信号耦合至检测阻抗上，该信号经放大得到GIS局放水平。优点是结构简单、实用，缺点是易受干扰，最小检测量约为300pC。
内部电极法于1988年在英国研制出来，将法兰内部加装金属电极，该电极与外壳构成耦合电容，以此提取局部放电的脉冲信号。采用多个电容传感器，由GIS局放信号到达不同传感器的时差确定放电点，最小检测量10pC。英国DMS公司经过15年已在全世界50多个国家安装了超过400套监测装置，发现了84个能够引起GIS停机的故障，避免了大的经济损失。图1为DMS公司的盆子式传感器和内置式传感器。
另一种内部电极法，是在盆式绝缘子内靠近接地端预先埋设一个电极。此法其实就是内部天线法，其信号也是UHF信号。优点是抗干扰性能好、灵敏度高，可检测出5pC的局部放电，内电极只能在厂家生产过程中预先埋设，现场安装往往不易实现。
振动法主要对自由金属微粒缺陷及外壳接触不良型放电比较敏感，而对于其他类型的放电由于振动特征不明显，且信号衰减严重，多作为电气法的补充和辅助定位。
超高频法（UHF：300MHz～3GHz）就是利用局部放电辐射出的UHF电磁波进行检测的一种方法。该方法具有抗干扰能力强、灵敏度高等特点，且这种非接触的测量方式对于二次设备和人员更安全，系统结构简单，特别适合于在线监测，因而较之其他方法具有明显的优势。最早提出并进行研究的是英国Strathclyde大学，第一套GIS的UHF监测装置于1986年安装在苏格兰的Torness核电站。近年来，UHF检测已成为广大研究者关注的热点，并广泛应用在GIS、电力变压器、电缆和发电机等电力设备上。至20世纪90年代中，英国所有新GIS装置都为UHF监测安装了内部耦合器。目前英国、德国许多欧洲国家在现场均采用此法，将其普遍应用于工厂试验、预试和在线监测。我国局部放电UHF检测技术从20世纪90年代迅速发展。
GIS局部放电UHF在线检测技术在现场的大量应用实践表明：设备运行现场往往存在复杂的电磁环境，有较多的随机性宽带、窄带干扰源，导线电晕、高压出线端部的悬浮放电、临近设备电等干扰，成为UHF检测法现场应用的瓶颈。这就要求必须进一步推进传感器的优化、信号检测频带的合理选择以及新型抗干扰技术方面的研究，并进行准确的评估和诊断，为及时安排检修提供可靠信息。
三、理论研究和实践依据
“介质窗口安装的无线数据通讯方式的特高频局放在线监测系统研究”项目（见图2、图3）是建立在局部放电特高频检测技术基础之上，对技术的应用水平和实用性进行进一步的提升。
项目关键内容之一就是通过嵌入式单元实现UHF检波信号的处理和无线传输。现在高频电子及软硬件信号处理技术完全达到了对UHF检波信号进行调理和嵌入式分析处理的水平，我们此前研发的技术已经对这些方面独立予以实现，为本项目针对现场应用实用化的需求采用新的框架实现奠定了技术基础。
对于局部放电信号的特征研究（UHF局部放电定位软件见图3），我们通过试验室的研究已经积累了大量经验。目前已经对GIS局放UHF信号的辐射和基本组件对信号传播的影响进行了深入探索，为本项目的开展积累了丰富的理论和实践经验。本项目通过对实际GIS的建模，实现传感器的优化布局，具有技术可行性。
大量研究表明，局部放电的模式识别可通过PRPD谱图形状因子和图像识别技术予以实现。对于UHF局放信号，我们也进行了放电时频特征和统计特征的试验研究，目前已经在实验室实现了典型放电信号特征的提取，为放电类型自动识别做好了准备。
四、结束语
全封闭组合电器（GIS）在我国超高压变电站中普遍使用，承载着城市电网重要负荷供电安全和可靠运行的重任。随着我国电力系统的飞速发展，电网新投运GIS设备规模十分巨大，对设备的日常维护提出了很高要求。特高频（UHF）局放检测作为一项新的检测技术，可在全封闭组合电器（GIS）运行中对设备内部各种原因的放电进行有效准确的检测，为掌握设备的运行状况提供了一种安全、有效、便捷的检测手段。
参考文献：
[1]印华，邱毓昌.GIS中局部放电测量用超高频方法的研究[J].高电压技术，2004，（10）.
[2]黄兴泉，康书英，李泓志.GIS局部放电超高频检测法有关问题的仿真研究[J].电网技术，2006，（7）.
[3]卢启付.实时频谱测量技术在电力设备局部放电检测中的应用[J].广东电力，2008，（8）.
[4]姚勇，岳彦峰，黄兴泉.GIS超高频超声波局放检测方法的现场应用[J].高电压技术，2008，（2）.
（责任编辑：刘辉）