(广东电网揭阳供电局)
摘要：气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)因其优异的性能在电力系统应用日趋广泛，在GIS设备加工、现场安装及运行期间不可避免地产生一些缺陷，引发局部放电，积累发展可能导致绝缘击穿。本文阐述了基于超高频（UHF）法局放监测系统的原理，并列举紫峰变电站220kVGIS设备运用DMS公司超高频（UHF）智能耦合器型局部放电在线监测系统（SmartCoupler）在线检测GIS局部放电工程实列，对基于超高频（UHF）法GIS局放在线监测技术运行情况进行探究。
关键词：气体绝缘组合电器；局部放电；在线监测；超高频
0引言
GIS设备具有占地面积小、具有较高的安全可靠性和免维护的优点，然而，GIS设备一旦发生故障,后果要比普通敞开式变电站设备严重的多，由于元件密集度高一个元件的故障可能使整套设备失效或损毁，而且,GIS的检修所需的时间也要比常规设备长的多[1]。从实际运行情况看，GIS设备事故和故障时有发生，故障主要由于加工、装配、运输和现场安装产生的缺陷引起，同时运行中的部件老化和操作位移等也是故障发生的重要因素。运行中的GIS发生故障的原因，可能是母线气室内有超过一定长度的自由金属体，可能是由于屏蔽层与高压母线或气室间的绝缘问题而引起的电火花，也可能是因为尖端（突起）部位产生的电晕放电，所有这些问题都会在GIS发生故障之前，出现局部放电（PD：partialdischarge）现象。局部放电既是GIS绝缘劣化的征兆和表现形式，又是绝缘进一步劣化的原因[2]。GIS局部放电在线监测技术能在设备运行时及时捕抓到这些局部放电现象，从而避免了因检修周期过长导致设备的一些隐秘缺陷发展成击穿故障的严重后果。目前，基于超高频（UHF）法GIS局放在线监测技术因其技术的成熟性，在国内各电网得到了广泛应用。本文工程实列广东电网公司揭阳供电局紫峰变电站正是采用了DMS公司的基于超高频（UHF）智能耦合器型PDM局部放电监测系统实现GIS局部放电在线检测。
1.GIS设备的局部放电的UHF检测法的基本原理
GIS中的局部放电总是发生在充满高压SF6气体的很小的间隙内，而且局部放电存在的时间极短（纳秒级），迅速衰减湮灭。PD放电脉冲的快速上升前沿包含频率高达1GHz的电磁波，因为GIS气室的共振作用，进而形成多种模式的超高频谐振电磁波（UHFWave）。[3]由于GIS气室就像一个低损耗的微波共振腔，PD信号的振荡波在气室中存在的时间得以延长，可以长达1个毫秒，得使安装在GIS上的内置/外置耦合器（Internal/ExternalCoupler）有足够的时间够俘获这些信号。特高频(UHF)法就是利用局部放电时产生的特高频谐振电磁波做为检测对象的，对其特征加以分析并进行模型归类。
2.DMS公司基于UHF检测法PDM局部放电监测系统
2.1系统硬件组成及工作流程
DMS公司的PDM局部放电监测系统硬件部分由外置式特超频（UHF）耦合器、光电转换单元(OCUs)、PDM辐射型控制柜(RCC1)、工作站、通讯线缆、机械附件等组成，PDM辐射型控制柜(RCC1)内部又包含有光纤终端盒(FTB)、光传输(TX)单元、辐射型基本单元(RBU)、电源控制单元（PCU）等元件。软件部分由专家分析系统模块、数据库模块、人机界面等部分组成。系统如图1-1所示[4]：
DMS公司采用外置型超高频（UHF）探测器安装于GIS设备盆式绝缘子上，监测GIS设备内部局部放电时所产生的UHF电磁波信号，经过经过DMS超高频局部放电测试仪（PortableUHFMonitor）放大进行放大，并通过光电转换单元OCU转换为电信号，然后通过光纤将单极性宽脉冲信号传送给电源管理装置PCU，经由PCU处理后转换传输至主站系统，并存储于主站系统中，通过系统软件浏览相关图表和报警信息。系统接入输变电设备状态监测系统，并在该系统内形成谱图分析、报警、图形展示等功能。PCU作为变电站的SCADA系统提供系统故障指示器和继电器触点作为报警接口或故障状态的接口，相关的报警信号可选择性地接入调度系统。
图1-1
耦合器俘获的PD信号的强度很低，仅为毫伏级，但经过DMS超高频局部放电测试仪（PortableUHFMonitor）放大后，用DMS公司的PD人工智能分析软件对他进行多方面的分析，判断GIS可能存在的缺陷。在检测到GIS设备有局部放电现象，并通过分析波形确定缺陷的种类后，就需要进行定位，找出局部放电的位置，以便进行维修工作。局部放电的定位是通过准确监测局部放电信号从不同方向到达检测仪耦合器的时间差来进行的。这些测量需要现场进行，要求使用双通道，带宽是1.5GHZ（或以上）的数字滤波器。
光电转换单元(OCUs)是专门设计的不锈钢外壳，外层涂上一层环氧漆。门用硅橡胶垫片密封好，具备良好的防水性能，内部通过一层尼龙板与钢制品绝缘，可以保护OCU在断路操作时免受几千伏快速暂态电压的损害。每一个OCU包含3个独立的前端信号调节模块实现超高频信号的放大和检测。单独的屏蔽模块减少了三相之间的交叉窜扰。该单元包含通道（自）测试功能以定期（每小时一次或每天一次）检查操作的正确性。该单元并入了二极管作进一步保护，以防止高电压瞬态的损害。通过给每一个超高频输入端注入一个快速暂态脉冲，中央PDM的计算机可以请求OCU进行一个通道（自）测试。这个脉冲由整个检测和数据采集系统检测和处理，每个超高频通道的结果传送给计算机，并记录所有的故障。为了控制通道（自）测试系统和前端滤波系统，在计算机和每一个耦合器之间的光链路上传输一个控制信号。每个OCU使用两条光纤，一条用来传输检测到的超高频信号，一条用来传输控制OCU的信号。
电源控制单元(PCU)是作为系统计算机连接到辐射型基本单元和变电站连接器的接口，提供数据传输、电源控制、同步的功能，还作为系统的报警接口，PCU为变电站的SCADA系统提供系统故障指示器和继电器触点作为报警接口或故障状态的接口。如果PDM系统检测到任何故障，就会在PCU上发出警示灯或关闭SCADA上的一个无电压继电器触点(PDM系统故障报警)。另外，PCU还作为GIS的开关接口，通过耦合器收集隔离开关和断路器在操作时会产生高暂态过电压信号，这些信号可以从局部放电信号中识别并分离出来。用户提供来自变电站SCS系统的一个信号，这个信号表明什么时候已启动了一个GIS开关操作。当在GIS上发生一个开关操作时，关闭一个继电器，继电器触点会连接到PCU，通常会摒除多余的开关暂态超高频信号。
2.2软件系统模块
DMS公司为系统提供了一个应用软件SmartSUB，它和DMS公司的局部放电在线监测系统一起使用，测量和记录GIS的局部放电活动[5]。软件功能如下表1-1。
3紫峰站220kVGIS局放在线监测系统实际运行情况
紫峰站220kVGIS为新东北电气集团公司生产的户外分箱式GIS设备，已投将近10年。此次工程设计在紫峰变电站220kVGIS设备区安装局放在线监测与故障诊断系统的监测点耦合器共22个系统如图1-2，每个耦合器都安装在GIS盆式绝缘子上如图1-3，分别安装于榕紫甲线间隔4个监测点（线路侧地刀盆子3个，母线侧盆子3个）、榕紫乙线4个监测点、母联间隔4个监测点、#1变高间隔4个监测点；#2变高间隔4个监测点；PT间隔2个监测点，这22个智能型耦合器的电缆最终被汇集到8个从数据采集单元OCU，这8个从数据采集单元又与1个主数据采集单元PCU组件柜相连，PCU组件柜就近安装在开关室母联间隔附近。最终主数据采集单元通过LAN网将这些信息上传到PC机，并通过PC机上的相关软件将设备的放电情况显示出来。
4应用情况总结
220kV紫峰站GIS局部放电监测系统通过外置式超高频UHF传感器，能够在GIS设备正常运行和无需拆动GIS设备任何部件的条件下，对其内部的局部放电缺陷进行监测和定位，及早发现绝缘缺陷并了解缺陷的严重程度和发展趋势，可以实现GIS设备绝缘的状态维修，减少停电时间和节省维修费用，保障GIS设备的长期安全运行。并且可以通过定时或实时地采集现场数据，控制和管理监测系统，对GIS设备的健康状况进行评价和分析，对有关数据进行融合，建立GIS设备运行与检修管理数据中心；实现对GIS设备的状态远程实时在线监测和诊断，制定维护和检修策略。同时，该系统为状态检修提供了广泛而综合的设备状态信息，为专家咨询论证和深入分析提供了有力手段。
参考文献
[1]卢鹏，方煜瑛，刘旭.1100kVGIS设备特高频（UHF）法测量局部放电的应用研究.电力建设，2009，30（6）：33-35.
[2]淮安站变电所GIS局放、微水综合在线监测系统运用探讨陆建国;许锋;治淮，2015.
[3]DMS局部放电在线监测系统在220kVGIS设备上的应用实用科技马律；王强2013.
[4]DMS公司GIS局放在线监测系统硬件说明书.
[5]DMS公司GIS局放在线监测系统SmartSUB说明书.