1、基于 HFCT 与 UHF 法局放在线监测在贵州首个 220kV GIS 站的应用刘华麟、 吕 黔苏（贵州电力试验研究院， 贵 阳 550002）摘要：为了提高贵州电网供电可靠性及设备安全运行水平，我们对贵州首座 220kV 变电站赵斯变，进行电缆与 GIS 局部放电在线监测设备的安装，对其局部放电进行在线监测，实时掌握其绝缘性能情况，并以该站监测效果作为试点，将其 GIS 局放在线监测技术推广应用到贵州电网其它 GIS 变电站。关键词：局放、脉冲电流、超高频、在线监测Abstract：To improve the power supply reliability of Guizhou pow
2、er grid and safe running level of electrical equipments, we have applied the Cable and GIS Partial Discharge on-line monitoring device in the Zhaosi transformer station, the first 220kV GIS station in Guizhou province, to monitor the partial discharge of GIS on line and get the insulation performanc
3、e information timely. By assessing the monitoring effect of this station, this on-line GIS partial discharge monitoring technique will be generalized and applied in other GIS transformer station in Guizhou power grid.Key words：Partial discharge、Pulse current method、Ultra high frequency、On-line monit
4、oring1、引言气体绝缘组合电器（gas insulated metal enclosed switchgear，GIS）由于结构的特殊性，在交接试验投运后，除能对罐内 SF6气体进行微水、检漏等项目检查外，无法定期对密闭的各断路器、隔离开关、互感器、避雷器以及 GIS 的主要绝缘支撑部件（盆式绝缘子）等进行试验检查，同时，对 GIS 电缆出线处的电缆头也无法进行主绝缘检查，造成运行 GIS 设备绝缘长期无法检测，无法掌握设备的健康状态。从国内 GIS 运行事故的统计看，GIS 中约 60%的故障发生在支撑盆式绝缘子，GIS 电缆出线中约 70%电缆故障发生在电缆头处。因此，研究应用 GIS
5、 和电缆在线绝缘检测对提高GIS 的安全运行水平，及时发现 GIS 的绝缘缺陷，避免绝缘故障引发的事故有重要的经济意义及社会价值。基于贵州电网内还未开展 GIS 局部放电在线监测这方面的工作，为了提高贵州电网供电可靠性及设备安全运行水平，对贵州电网首个 220kV GIS 变电站赵斯变，进行电缆与 GIS 局部放电在线监测设备的安装，对其局部放电进行在线监测，实时掌握其绝缘性能情况，并以该站监测效果作为试点，将其 GIS 局放在线监测技术推广应用到贵州电网其它 GIS 变电站。2、系统原理和构成系统的基本原理是如果被监测的对象发生局放，传感器就会将所检测的信号送到就地信号处理器(子站，Loca
6、l Station，LS)，信号经 LS 放大后通过光网送到电脑进行分析和可视化处理。2.1、硬件构成局放在线监测系统模块如图 1 所示，主要由局放传感器，LS、光电变换器，光纤传输网络和数据分析存储装置(母站，Master Station，MS)组成。传感装置将从测试对象上感应的信号送到信号处理装置进行处理，然后将处理后的信号通过传送装置传到母站的电脑终端显示，网络中的其他电脑可以对母站进行监视。局放传感器包含有 2 种，对 GIS 采用超高频法（Ultra high frequency，UHF）进行监测，即用 UHF 传感器，对电缆终端头采用脉冲电流法进行监测，即高频电流互感器（high
7、frequency current transformer，HFCT）传感器。UHF 传感器是利用电磁感应原理，安装在 GIS 的盆式绝缘子外侧，HFCT 传感器是采用电容臂耦合法，安装在电缆外屏蔽层上。局放监测主机（Partial Discharge Master，PDM）主要由机壳、电源及信号处理单元等组成。采集的信号进入 PDM 主机进行一系列的处理，首先信号通过放大器进行放大，通过带通滤波器(band-pass filter，BPF)滤波之后，再进行算法处理后再通过 A/D 模数转换，最后输出所需的信号，传送到电脑进行显示。信号处理装置(LS)信号传送装置(E/O-O/E)传感装置测试
8、对象网络远程监控PC 服务器(MS)图 1 系统模块图切换开关（switch，SW）通过少量 LS 主机控制大量传感器，比如一台 LS 主机通过一个切换开关就可以灵活切换传感器组进行监测，从而达到减少 LS 主机数量。工控机的作用主要是通过数据采集卡记录数据并处理，显示测量的结果，具有硬盘容量大、抗冲击、抗振动能力强，键盘鼠标具有耐磨损等特点。根据赵斯变的实际情况，安装 LS 主机 13 台、SW 切换开关 13 只；220kV 侧 GIS 安装 UHF 传感器72 个，110kV 侧 GIS 安装 UHF 传感器 46 个，安装HFCT 传感器 15 个； UHF 传感器 118 只、HFC
9、T 传感器 15 只。2.2 软件构成系统软件功能，主要是来对信号的显示、储存、分析、警报等，采用多种表示方式，形象生动，方便技术人员对信号的分析判断。1) Pdlogger 实时数据采集显示，通过对 IP及 LS 主机 MAC 地址等参数的设定，可以对指定的一个间隔进行三相实时的信号显示，而且同时显示 -q-n，-q 两种图谱，并保存相应的数据。2) PDM-UI 状态监测显示，显示信号的三相最大值，具有报警、重播回放、自动发送邮件和短讯功能，回放具有 -q、q-t、n-t 二维图谱和-q-n、 f-q-t 三维图谱。3) NewOfflinePDM 数据整理报告程序，启动此程序，可以自动对
10、每天，每周，每月的数据进行绘图，包括 p-q-n、p-q-t、n-t、q-t 图谱，方便技术人员进行分析判断。4) VIEW 远程监控程序，局域网内的其他远程客户机，可以通过此 VIEW 程序来对系统的运行状态的进行远程监控，了解每个监测点的状态，它具有三个重要功能：重播、离线图谱查看、警报查看。5）神经网络智能判别软件，神经网络智能判别软件通过对局放信号图谱的学习，学习完成后可以对发现相似的信号进行自动识别，它是通过大量的噪声信号图谱及局放样本信号图谱的数据库学习，把握局放信号的物理特征，区分噪声。6) AutoRun 自动重启程序，本程序是一个自动启动辅助软件。它随电脑的启动而自动启动相关
11、的系统软件。当检测到网络连接断开的时候也会自动启动电脑。系统主界面如下图 2 所示。图 2 状态监测软件主界面传感器传感器传感器On-linePDM电脑示波器频谱仪PG标准 PD模拟信号发生部器信号检测部分信号处理部分信号分析部分HPFHPFHPF图 3 监测系统的校正方法3、现场试验现场试验即校正试验，是局部放电检测前的一个必不可少的准备工作，不论使用哪一种测试仪器及测试方法，测试前都必须要对测试仪器及系统本身的校正，最重要的是包括被测对象在内的测试系统整体的校正。试验最重要目的，在于找出对一个具体形态的测试接线系统所检测的信号大小的量化基准，就是判断所检测到的信号大小的参考基准，即检测信号
12、的幅值是多少 mV，如果以 pC 为单位又相当于多少 pC 值。试验一般分为两部分，首先是监测系统主机装置的试验，然后是包括被测对象在内的试验。监测系统主机装置的校正，主要是采用模拟PD 信号发生器与传感器给主机装置注入信号，以相同的基准信号对每台主机装置进行校正试验，使其对采集到的信号在同一个基准上进行采样处理，对检测信号大小有一个判断依据。A 相B 相C 相A 相图 4 未注入模拟 PD 信号时的静态噪声波形图谱被测对象在内的试验是在系统采用的传感器已安装在被测对象上进行的，然后在 GIS 盆式绝缘子法兰或电缆终端注入模拟 PD 信号，通过显示装置（比如示波器、频谱仪、PC）观察检测到的信
13、号进行情况，另外在 MS 母站工控机观察检测的模拟 PD 信号情况。赵斯变电站在线局放监测系统的试验校正利用频谱仪、示波器、模拟信号发生器、传感器与电脑对各 LS 进行 3 个通道的信号增益校对以及变电站现场背景噪声进行频谱分析，选取最佳的频率进行监测，校正的系统图如图 3 所示。图 4 至图 6 为 220kV 赵风 II 回出线间隔试验图，图 4 为未注入模拟 PD 信号时的静态噪声波形图谱，图 5 为 A 相注入模拟 PD 信号波形图谱，图6 为注入模拟 PD 信号时电脑图谱上检测的模拟信号图谱。A 相A 相图 5 A 相注入模拟 PD 信号波形图谱A 相模拟 PD 信号图 6 注入模拟
14、 PD 信号时电脑图谱上检测的模拟信号图谱4、局放判别局放信号的分析判断，主要是从五个因素：频率 f、相位 、频度 n、放电量 q、时间 t 来分析判断，在软件上可以清楚地看到这几个量的大小，已及它们之间的相互关系，通过这些关系，对存在可疑局放的可能性作进一步分析，综合多个方面，多个角度来确定是否为真正的局放信号。可以基于以下的另外五个要素进行：1）相位 ，如果两个信号团之间的相位差为 180，说明局放可能性大；2）频度 n，如果信号脉冲重复率高于每秒 30 次，说明局放可能性大；3）放电量 q，如果信号在相同电压下，水平大致相同，说明有可能有局放；4）时间 t，如果信号长时间持续出现，说明有
15、可能有局放；5）相间比较，相同信号同时出现在三相，说明外部噪声。如图 7 为典型局部放电信号图，信号经过相位电量时间（-q-t）三维图像显示，从图像看信号分布很明显，持续的时间也长，且两个信号之间的相位也相差 180o，根据局放信号的判断标准，即可判定其为局放信号。信号大小pC局放时间0 180 3600.1110100图 7 典型局放信号（-q-t）分布图0 90 180 270 3600.1110100发生相位 度信号大小 pC 局放图 8 典型局放信号（-q-n）分布图如图 8 为典型局部放电信号图，信号经过相位电量频度（-q-n）图像显示，从图可以看出两个信号聚集点在相位上相差了 18
16、0o，信号的密度大于 30，在电压不变条件下，信号水平也基本相同。当发生局部发电时，根据局放量的大小进行相应的处理：110pc 时，可以忽视；10100pc，加倍注意延长测试时间观察信号变化；100300pc，变换各种测试手段对信号进行调查，对信号作定位测试；3001000pc，确认信号原位置，评估信号水平，准备停电，准备更换计划；1000pc 以上，立即停止局放测试，尽快停电维修。5、总结220kV 赵斯变局放在线监测系统运行已有大半年时间，分别对 110kV 与 220kV GIS 共计 112 个监测点进行每天 24 小时的不间断实时监测，对一些异常信号进行捕捉，对个别疑似局放信号进行了
17、监测追踪和判别，结果有效地提高了该 GIS 运行的安全可靠性。对运行情况的数据分析，可以发现信号图谱有如下情况：1）在一段时间内，在 360o的相位中出现三个信号团，每个信号团之间相位差为 120o，与局放的相位特征不相符，这种信号主要是存在周围空气放电，形成的电晕噪声。2）在相同的电压下，信号水平在整个周期内大致相同，这与局放判断的其中一个条件相符，但是这些信号之间均不存在相位差，与局放相位特征不符合，所以这种信号也不是局放信号，是噪声信号。3）在一段时间内，单相出现相位相差 180o的信号团，这种信号与局放的相位特征相吻合，初步判断为疑似局放信号，再通过进一步的分析，对其他时间段的图谱进行分析发现，这个信号在持续一段时间后却消失了，不连续。这与局放的另一个特征不相符，所以这也是噪声信号，不是局放信号。4）信号团的相位差为 180o，但是不是单相或两相出现，而是三相同时出现，很明显这也不是局放信号，也是一种空气放电引起的噪声耦合信号。刘华麟(1978.10)，男，工程师，研究方向为高电压技术与电磁环境兼容。
