Page 46 - 电力与能源2021年第一期
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4 0                   罗楚军, 等: 基于超声波法的长距离超高压 GIL 电弧故障定位

              护的电气设备       [ 5 ] , 目前已安装和运行的 GIS 等气            感器 + 高精度时钟同步         [ 10 ] , 因为全覆盖条件下成
              体绝缘设备, 总体运行状况良好。尽管气体绝缘                           本昂贵, 不适用于 GIL 长度长、 内部绝缘子数量
              设备运行可靠性整体呈上升趋势, 但因存在不可                           多的实际情况。
              避免的隐性绝缘缺陷, 仍然会发生绝缘故障, 导致                        1.2  振动法
              电网停电等事故的发生。 GIL 作为一种体型庞大                             振动法利用故障缺陷在试验过程中被击穿时
              的气体绝缘设备, 通常采用单元运输、 现场组装的                         产生的声响来进行定位           [ 11 ] 。当超 / 特高压 GIL 在
              安装方式     [ 6 ] , 在运输、 存储和安装过程中, 由于工              击穿瞬间产生的声信号会引起 GIL 管体表面产
              艺等问题会使 GIL 内部留下一些小的缺陷, 如金                        生振动, 通过振动检测可以达到故障定位的目的。
              属微粒、 绝缘气隙等, 也可能会出现绝缘损伤、 装                            在实际应用过程中, 当击穿信号能量过大时,
              配不到 位 及 灰 尘、 杂 物 混 入 等 微 小 缺 陷        [ 7 ] 。 在  临近几个气室的振动单元盒将会全部都亮灯, 无
              GIL 运行过程中, 这些小缺陷可能会引起绝缘损                         法做到精确定位, 并且在试验过程中存在误碰导

              伤, 造成绝缘击穿事故的发生。                                  致亮灯的情况, 容易受到环境干扰。
                   在实 际 工 程 中, 包 括 皖 电 东 送 工 程 淮 南 站          1.3  光测法
              1000kV GIS 、 特高压浙福工程1000kVGIS 、 溪                    GIL 内部放电时有光产生, 利用光电倍增器
              洛渡 500kV GIL 等多个超特高压工程的 GIS 和                    可检测到放电的发生          [ 12 ] 。光测法需要事先把传
              GIL 在出厂试验、 耐压试验、 运行过程中均发生过                       感器放到 GIL 内部, 虽然很灵敏, 但只能检测到
              击穿事故     [ 8 ] 。出厂时 GIL 分段进行试验, 较易进              放电发生在哪个隔室, 并且易受到内部导杆和支
              行人工查找, 从而排除造成击穿放电的绝缘缺陷;                          撑绝缘子的遮挡, 因此该方法没有实用价值。
              耐压试验时, 试验段长度均在数百米以上, 若发生                        1.4  化学检测法
              击穿情况, 难以准确定位击穿间隔和放电点, 检修                             化学检测法通过检测 SF 6 被击穿 后 生 成 的
              难度大, 严重影响设备安装调试质量及工程进度;                          一系列金属化合物和剧毒氟化物来间接确定放电
              而投运后 GIL 设备已经连接为一体, 并且采用全                        的发生   [ 13 ] 。但其检测时间长、 取气困难, 可能影
              密封设计, 对体积庞大的 GIL 设备而言, 一旦发                       响装置的绝缘性能。加之 SF 6 电气设备内部往
              生电弧故障, 将严重影响整条输电线路的电能输                           往放置了吸附剂, 电弧故障产生的 SF 6 分解物会
              送, 造成很大的经济损失和负面的社会影响。因                           在一定时间内被吸附掉, 这些都严重限制了化学
              此, 如何迅速地对故障缺陷位置进行定位是 GIL                         检测法在故障定位中的应用, 通常化学检测法仅
              工程应用的关键, 尤其是隧道安装的长距离 GIL 。                       在离线检测时使用。
                   本文以武汉市江夏区谭鑫培路城市地下综合                        1.5  超声波法
              管廊 GIL 输电工程为例, 提出使用超声波法开展                            GIL 内部发生电弧故障时, 会产生大量的电
              长距离超高压 GIL 电弧故障定位的策略, 以实现                        荷, 电荷在中和过程会激发较陡的电流脉冲, 使得
              故障的精确定位和快速修复, 为谭鑫培输电工程                           故障区域瞬间受热而膨胀, 击穿结束后膨胀区域
              及后 续 城 市 管 廊 GIL 输 电 工 程 故 障 定 位 提 供             恢复到原来的大小         [ 14 ] 。这种由于放电击穿产生
              参考。                                              的体积变化引起了介质的疏密瞬间变化, 形成超
                                                               声波脉冲    [ 15 ] , 类型包括纵波、 横波和表面波。
              1 GIL 电弧故障定位常用方法
                                                                   通过布置在外壳上的超声发射传感器即可检
              1.1  电磁波法( 特高频法)                                 测到该信号, 由于超声经过外壳传播时幅度存在

                                              ,
                   特高频( Ultra-Hi g hFre q uenc y 简称 UHF )      衰减, 因此在不同测量点收到的声信号幅度和时
              法是电气设备局部放电检测的一种重要手段。该                            间上有差别, 可以通过比较各测量点间的信号幅
              方法通过特高频传感器( 天线) 接收放电过程中辐                         值差和时间差对超声波声源位置进行定位                    [ 16 ] , 从
              射的高频电磁波实现放电的检测                [ 9 ] , 主要检测高      而达到故障缺陷检测定位的目的。 GIL 设备放电

              频段( 500MHz~1.5GHz )。                             超声波检测示意图如图 1 所示。
                   特高频法需要事先把传感器放到 GIL 内部,                          对比多种 GIL 故障定位技术可知, 超声波法
              采用高采样率的大容量高速监测装置 + 高精度传                          具有技术成熟、 抗电磁干扰能力强、 工程应用广泛
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