Page 47 - 电力与能源2021年第一期
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罗楚军, 等: 基于超声波法的长距离超高压 GIL 电弧故障定位 4
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图 1 GIL 设备放电超声波检测示意图
等优点, 普遍应用于电力变压器、 GIS 等电力设 图 3 试验用 GIS管实物图
备。从技术可行性、 工程可靠性来讲, 超声波法是 30.847 , 32.624 , 29.687kV 。这说明在击穿电压
长距离超高压 GIL 电弧故障定位在线监测的最 相近时, 不同缺陷模型的击穿信号形状相似, 并且
优方法。目前, 超声波法已广泛应用于 GIS / GIL 击穿电压相近时击穿信号的幅值差距也不大。从
交接 试 验 故 障 定 位, 在 国 内 特 高 压 晋 中 变 电 站 图 5 可以看出, 击穿时超声信号的频带分布比较
1100kVGIS 、 溪洛渡水电站500kVGIL 等多个 广, 在 50~600kHz的有效测量范围内均存在分
超特高压工程成功定位电弧故障。 量, 但是其较大幅值的频段相对集中于几个较小
的频率范围内。对频率分量较大的频段进行统计
2 超声波法定位技术
可以发现, 击穿产生的超声信号的频率主要分布
2.1 击穿信号特征研究 在 40~60kHz , 100~150kHz , 230~250kHz以
GIL 电弧故障产生的超声信号以球面波的形 及 500~530kHz 这几个频率区间内。因此, 超
式, 经 SF 6 气 体 传 递 到 布 置 在 管 壁 的 超 声 传 感 声传感器的谐振频带最好落在 40~60kHz , 100
器, 因此需要对击穿信号进行特征研究。 ~150kHz , 230~250kHz以及500~530kHz这
目前没有类似结构的 GIL 试验段, 难以检测 几个频带区间。
GIL 电弧 故 障 超 声 信 号 特 征, 因 此 使 用 试 验 室 2.2 超声在 GIL 中传播特性研究
GIS 单母线管模型模拟 GIL 击穿, 通过多次击穿 超声 信 号 在 GIL 中 的 传 播 过 程 很 复 杂, 在
试验来研究击穿时的超声信号特征。 SF 6 介质中传播时会发生介质损耗, 同时伴随着
击穿试验系统的接线图如图 2 所示。试验用 扩散衰减。当传 播 至 GIL 外 壳 体 时, 会 在 气 - 固
GIS 管实物图如图 3 所示。试验回路由 220kV 交接面发生折反射并发生模式转化, 因此使得置
无晕变压器提供高电压, 并串联 10kΩ 保护电阻 于 GIL 外壳体的超声传感器接收到的信号变得
Z 用以防止电流过大。试验缺陷模型采用针 - 板 复杂。
模型( 模拟导体尖刺放电击穿), 板—板模型( 模拟 超声信号在 GIL 中传播至传感器时有两个
气隙放电击穿), 移动金属颗粒和悬浮电极等模型 路径: 一是以纵波形式在 SF 6 气体中传播, 然后
来模拟 GIL 中常见的绝缘缺陷, 击穿时域及频域 透过壳体传播至探头; 二是通过 SF 6 气体传播至
波形图如图 4 和图 5 所示。 外壳, 在金属壳体中传播一段距离后到达探头, 主
要为复合波。由于声波在金属中传播的速度非常
快, 远大于 SF 6 气体中的传播速度, 因此往往是
第二种路径的声波首先到达传感器中。
以常规的三相 GIL 为基础进行简化后建模,
导体外径为5cm , 外壳内径为24cm , 壳体厚度为
图 2 击穿试验系统接线图 1cm , 长度为 60cm , 其物理模型如图 6 所示。
从图 4 可知, 导体尖刺、 移动金属颗粒、 悬浮 为探究 GIL 管壁对声信号的衰减, 在内外管
电极、 气 隙 放 电 的 击 穿 电 压 依 次 为 31.442 , 壁的相同位置上设置场点, 其剖面图如图 7 所示,
