GIS带电检测中超声波干扰信号的多维度综合分析方法研究

GIS带电检测中超声波干扰信号的多维度综合分析方法研究

刁虬令

（国网大连市普兰店区供电公司辽宁省大连市116200）

摘要：在当前对GIS设备进行的超声波信号的检测中，存在着较多对信号的干扰因素，其中的设备放电电磁干扰信号、检测设备自身产生的影响较为严重。本文就GIS带电检测中超声波干扰信号的多维度综合分析方法进行研究。

关键词：GIS；带电检测；超声波；干扰信号；多维度综合分析方法

气体绝缘组合电器（GasinsulatedSwitchgear，简称GIS）作为一种结构紧凑、性能优良的高压电力设备，在电力系统中运用越来越广泛。GIS内部绝缘结构主要为SF6气体绝缘，其在制造时出现的毛刺、安装运输时部件松动或接触不良引起电极电位浮动、运行中绝缘老化、以及各种情况下可能出现金属微粒等各种缺陷，都可能不同程度的导致GIS内部电场发生畸变，使得局部电场加强而产生局部放电。局部放电对绝缘的破坏作用是一个缓慢发展的过程，而且从局部开始，受多种因素影响，对运行中的GIS是一种隐患。由于电力系统中保护措施的日趋完善，各种过电压对设备绝缘的破坏作用相对减小，而运行中的工作电压对绝缘的劣化起着主导作用，局部放电既是引起绝缘劣化的主要原因，又是表征绝缘状况的特征量。因此，通过对GIS局部放电进行检测，可以在一定程度发现许多内部存在的缺陷，对保证GIS的安全可靠运行具有重要的现实意义。

1超声波检测法

发生局部放电时，在放电的区域中，分子间产生剧烈的撞击，宏观上产生了声波，我们把频率大于20kHz的称为超声波。通过检测局部放电产生的超声波信号来判定局部放电的方法称为局部放电的超声波检测法。开关柜的噪声主要集中在低频领域，大多在20kHz以下，采用超声波法进行局部放电检测，应避开干扰频率范围而以高频率为对象，但频率越高，声波在传送过程中的衰减越大，因此利用超声波法进行局部放电检测所采用的频段一般在数十到数百kHz。

2超声波干扰信号产生机理

在变电站进行现场特高频、超声波测试时，通常会受到变电站内局部放电产生的声音点与EMI（电磁干扰）信号的影响。局部放电主要来自变压器母线两端耐张线夹处、高压架空线路的耐张杆塔处、出线套管与线路搭接处、接地刀闸静触头等位置。

EMI信号通常会影响试验仪器采集信号的完整性与准确性，在现场试验时应特别关注。EMI信号传播途径一般分为传导耦合方式和辐射耦合方式。传导耦合必须有完整的电路连接，信号通过导电介质传递到试验仪器的敏感器，从而发生干扰现象。辐射耦合指EMI信号以电磁波的形式通过截止传播，干扰能量按电磁场规律向周围空间发射。常见的辐射耦合有3种：甲天线发射的电磁波被乙天线意外接收，称为天线对天线耦合；空间电磁场经导线感应而耦合，称为场对线的耦合；2根平行导线之间的高频信号感应，称为线对线的感应耦合。

超声波检测仪具有抗电磁干扰能力强的特点，但并非不受电磁干扰的影响，尤其是有外置放大器的检测仪器，因此，在现场检测时，常常使用铝箔包裹外置放大器接口端子处，以屏蔽EMI信号。

变电站电晕放电亦会产生声波信号，对现场GIS超声波检测造成干扰。由于这些声波信号与GIS气室内部局部放电形成的声信号特征谱图一致，难以分析，故现场测试时，需对异常信号进行比对，通过超声波信号定位进一步确认。

超声波信号几乎无法通过盆式绝缘子从一个气室传播至相邻的气室。在同一气室内，GIS局部放电发出的超声波信号一般通过2条路径传播至传感器：一条由局部放电源以纵波的形式直接传播至GIS外壳，即直达波；另一条先通过纵波传至GIS外壳，再以横波的形式通过筒壁传播至传感器，此部分为复合波。由于复合波通过筒壁传播速度快且衰减大，往往先到达传感器，但其幅值比直达波小很多，信号谱图不明显。在现场测量时，超声波定位常常以直达波为准。

此外，设备正常工作状况下，TV（电压互感器）和TA（电流互感器）的内置绕组和铁芯会产生周期性的交变电磁场，引起磁滞伸缩现象。所谓磁滞伸缩现象，即为铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长（或缩短），去掉外磁场后，又恢复原来长度的现象。由于磁化状态的改变，其磁性物质尺寸在各方向发生变化，产生振动现象。所以，现场超声波测量中，若TV气室和TA气室的超声波信号异常，应通过纵向、横向比较的方式，对照历史数据，综合分析。

3超声波干扰信号分析

3.1电磁干扰

在对220kV变电站的超声波检测中，根据对220kV区域的监测结果可知：通过超声波传输路径定位信号时可知其在筒壁处，接近于隔离开关位置，存在着异常的信号，此时检测的信号有效数值约为0.25mV，信号谱图中的峰值约为1.5mV。应用信号检测仪器进行检测时，需要将超声探头放置在隔离开关的周边空气环境中，如果检测得到异常的信号，那么此时的有效信号的数值和谱图峰值分别为：0.5和1.8mV。两者的频率相关性，均为50Hz、100Hz。在对超声波信号进行有效性的分析中，需要对一定干扰作用的电磁信号进行排除处理后，再次进行检测，可以在放大器接入端口包裹铝箔。检测后的结果表示为：该处与开关隔离的区域超声波信号出现了下降，其有效值、峰值信号、频率相关性也相应出现下降，数值为：0.13、0.88mV。对检测数据进行分析可知：未对仪器进行异常信号屏蔽处理之前，出现异常信号的隔离开关的位置较高，仪器探头需要上升到相应的高度进行检测，且还需要靠近电晕放电套管的顶部位置，而此处出现了电晕放电活动，有着极为清楚的声音发出和电磁干扰信号，需要检测获得清晰的异常超声波信号。将该信号的幅值与隔离开关附近的筒壁信号做以比较，异常信号高于此处的信号值，但是分析最终的两项信号，可知两者信号谱图基本符合。仪器经过铝箔纸处理后，检测的各项信号幅值均出现了减小情况，将此时的信号谱图与之前的谱图比较，可知有着一致的特征表现。因此就可以确定产生异常信号的原因就是电晕放电，在后续的设备性能检测中，可以对仪器的放大器进行处理，可降低影响。

3.2设备干扰

对220kV区域环境中的GIS设备进行信号检测，需要对电压互感器气室进行重点的信号检测。检测的结果可知为：该区域内的信号的有效值和谱图周期峰值为：0.14、0.53mV。之后对于该气室的信号检测，幅值结果为：有效值为0.07mV、峰值为0.86mV，频率相关性同上。对上述两项结果进行分析，可知区域环境中的信号均为正常的背景信号，而在相应气室中的信号，则属于有异常的信号。因此根据两个信号谱图，可知两项信号之间较为相似，其中的异常信号不是由于其他的外部原因所致的异常，而是由于GIS设备导致的信号异常问题。

结束语：

GIS设备在变电站的使用中，对于输电工作的安全性和可靠性，发挥着十分重要的作用，且该设备虽然有着较为稳定的性能，但是在一定的危险因素的影响下，仍然会发生故障问题。这就要求检修人员有针对性的对相应的影响性因素进行处理，使得设备周围的磁场处于正常的范围内，避免设备发生严重的故障问题。

参考文献：

[1]GIS设备带电检测与故障诊断中超声法的应用[J].杨琛，简诗琴.中国战略新兴产业.2017（24）

[2]GIS局部放电特高频带电检测系统设计与应用研究[D].袁波.湖北工业大学2016

[3]GIS局部放电超声检测技术的研究及应用[D].李颖.大连理工大学2014