特高频局部放电GIS检测方案

（PDSeeker特高频局部放电检测系统）

北京传动联普科技有限公司

目   录

一、高频局部放电检测概述

1. 技术优势

2. 适用范围

二、 PDSeeker高频局部放电检测系统

1. 系统硬件

2. 系统工作原理

3. 系统组成

4. 系统特点及主要技术参数

4.1PDSeeker系统特点

4.2PDSeeker主要技术参数

4.3HFCT主要技术参数

三、 变压器检测位置

四、安全注意事项

五、检测案例

一、特高频局部放电检测概述、方案背景

电力设备内发生局部放电时的电流脉冲（上升沿为纳秒级）能在内部激励频率高达数吉赫兹的电磁波，特高频局部放电检测技术就是通过检测这种电磁波信号来实现局部放电检测。特高频法检测频段高，具有抗干扰能力强，检测灵敏度高等优点，可用于电力设备局部放电类型缺陷的检测，定位和故障类型的识别。

六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘开关设备”（ GasInsulated Switchgear ）简称 GIS 。它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。

(1) 根据充气外壳的结构形状， GIS 可以分为圆筒形和柜形两大类。圆筒形依   据主回路配置方式不同分为单相一壳型(即分相型) ) 、部分三相一壳型(又称主母线三相共筒型) ) 、全三相一壳型等；柜形又称 CGIS ，俗称充气柜，依据柜体结构和元件间是否隔离可分为箱型和铠装型两种。

(2) 按绝缘介质分。可以分为全 SF6 气体绝缘型 (FGIS)和部分气体绝缘型 (HGIS) 两类。前者是全封闭的；而后者则有两种情况：①除母线外，其他元件均采用气体绝缘，并构成以断路器为主体的复合电器；②只有母线采用气体绝缘的封闭母线，其他元件均为常规的敞开式电器。

(3) 按主接线方式分。常规的有单母线、双母线、3 3 ／2 2 接线、桥型和角型等多种接线方式。

(4) 按安装场所分。有户内型和户外型。

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，可能是由于高压屏蔽层与高压导体或气室间的连接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发生故障之前引起出现局部放电现象。有时局部放电会立即引起设备故障；有时局部放电现象能够存在数月甚至更长时间，每次局部放电都会对设备绝缘产生一定程度的损坏，而且这种损坏会逐渐积累，当其累计损坏量足够大时，就会击穿绝缘介质，造成短路，使设备彻底损坏。局部放电量的大小本身并不能指示设备发生故障的危险程度，但产生局部放电的原因必须要弄清楚，然后才能评估局部放电对设备的影响程度。

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（UHF Wave）。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，从而使安装在GIS上的内置/外置耦合器有足够的时间俘获这些信号。

技术优势

系统使用界面友好、操作简单：人机交互界面友好，易于掌握和操作，即使没有特别丰富的检测经验的检测人员同样也可以做到对试品局部放电信号的检测.

抗干扰性好。现场普遍存在的电晕放电的频率范围通常在200MHz以下，并且在空气中传播时衰减很快，特高频传感器接收UHF频段信号，避开了电网中主要电磁干扰的频率，具有良好的抗电磁干扰能力

灵敏度高。GIS的同轴结构非常适合特高频电磁信号传播，能够实现良好的检测灵敏度；

可实现放电定位。根据电磁脉冲信号在GIS内部传播具有衰减的特点，利用传感器接收信号的时差，可以进行故障定位；

检测效率高。UHF传感器检测局部放电的有效控测范围较大，因此需要安装传感器的检测点较少，检测效率高。

全新型数字化局放记录、储存、处理、识别系统。

定期检测或永久监测电力设备的最佳选择。

模糊诊断和统计处理。

数据库应用。

放电源识别。

缺陷定位。

适用范围

特高频局部放电检测方法的适用范围主要取决于该技术方法的检测原理，即只有电网设备内部局部放电激发的电磁波能够传播出来并未被检测到，该方法才可适用。特高频局部放电检测方法在各种电力设备检测中。GIS中局部放电检测效果最好。

PDSeeker高频局部放电检测系统

系统硬件

PDSeeker局部放电检测主机

图1-A PDSeeker主机

PDSeeker超高频信号局放信号采集单元，接收、处理、存储耦合器采集到的超高频局部放电信号。带有三个输入通道，可接收三相电缆接头或终端上的3个传感器信。PDSeeker还带有一个工频同步信号输入端，以提供局放的相位信息。采样单元的输出采用RJ45网口连接，通过网线接入集线器hub，集线器再连入光纤总线。

特高频传感器（UHF）

图1-B 特高频传感器外观

本方案采用的特高频电容传感器，其工作带宽为350MHz~1500MHz，增益为75dBi.

交流电压同步装置

交流电压同步装置用来采集测试现场的电压相位信号。示意图如图1-C。

图1-C交流电压同步装置

电流互感器用来采集相位信息，以便对每一相得检测数据提供相位参考。

电源子系统

用户在现场提供220V交流电源或5V直流电源。

通信子系统

用户在每个局部放电在线监测主机安装位置提供TCP/IP网络接口，在线监测所采集的数据通过本地光纤网络上传到变电站内局放服务器，在经由电力专网上传至数据集控平台。

系统工作原理

特高频法(Ultra High FrequeLrcy简称UHF)是近年发展起来的一种新的GIS设备局部放电的检测技术。它是利用装设在GIS内部或外部的人线传感器接受局部放电辐射出的300～3000MHz频段的特高频电磁波信号进行局部放电的俭测和分析。运行中的GIS内部充有高气压SF6气体，其绝缘强度和击穿场强都很高。当局部放电在很小的范围内发生时，气体击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流，并向网周辐射出特高频电磁波。GIS设备的腔体结构相当于一个良好的同轴波导，非常有利于电磁波的传播。特高频传感器的安装方式目前应用较为广泛的主要有两种外置式和介质窗口式。外置式传感器将传感器贴在GIS设备盆式或盘式绝缘子的外表面，依靠绝缘子表面电磁波的泄露进行UHF信号的检测，此方法可带电安装。介质窗口式传感器是将传感器安装在检修手札或CT端子箱处，此方法需停电安装或在设备出厂时安装。

GIS内特高频局部放电检测原理图

系统组成

特高频传感器：也称为耦合器，用于感应感应100MHz-1500MHz的超高频无线电信号。

UHF放大器：将耦合器感应到的信号提高18dB的增益。

便携式UHF检测单元：超高频信号局放信号采集单元，接收、处理、存储耦合器采集到的超高频局部放电信号。

高通滤波器：用于滤除低频背景噪声干扰。

笔记本电脑：安装我公司自主研发的特高频局部放电数据处理及分析诊断软件，对采集数据进行处理，识别放电类型、判断放电强度。

特高频局部放电测试仪组成框图

系统特点及主要技术参数

4.1PDSeeker系统特点                        

全新型数字化局放记录、储存、处理、识别系统。

定期检测或永久监测电力设备的最佳选择。

灵敏度高。

可实现放电定位

检测效率高。

很强的降噪及现场抗干扰措施。

模糊诊断和统计处理。

放电源识别。

缺陷定位。

数据库应用。

4.2PDSeeker主要技术参数

4.3特高频传感器（UHF）主要技术参数

特高频局部放电检测步骤

按照设备接线图连接测试仪各部件，将传感器固定在盆式绝缘子非金属封闭处，传感器应与盆式绝缘子紧密接触并在测量过程保持相对静止，并避开紧固绝缘盆子螺栓，将检测仪相关部件正确接地，电脑、检测仪主机连接电源，开机。

开机后，运行检测软件，检查仪器通信状况、同步状态、相位偏移等参数。

进行系统自检，确认各检测通道工作正常。

设置变电站名称、检测位置并做好标注。对于 GIS 设备，利用外露的盆式绝缘子处或内置式传感器，在断路器断口处、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、导体连接部件等处均应设置测试点。一般每个GIS间隔取2~3点，对于较长的母线气室，可5~10米左右取一点，应保持每次测试点的位置一致，以便于进行比较分析。

将传感器放置在空气中，检测并记录为背景噪声，根据现场噪声水平设定各通道信号检测阈值。

打开连接传感器的检测通道，观察检测到的信号，测试时间不少于30秒。如果发现信号无异常，保存数据，退出并改变检测位置继续下一点检测。如果发现信号异常，则延长检测时间并记录多组数据，进入异常诊断流程。必要的情况下，可以接入信号放大器。测量时应尽可能保持传感器与盆式绝缘子的相对静止，避免因为传感器移动引起的信号而干扰正确判断。

记录三维检测图谱，在必要时进行二维图谱记录。每个位置检测时间要求30s，若存在异常，应出具检测报告（格式见附录A）。

如果特高频信号较大，影响 GIS 本体的测试，则需采取干扰抑制措施，排除干扰信号，干扰信号的抑制可采用关闭干扰源、屏蔽外部干扰、软硬件滤波、避开干扰较大时间、抑制噪声、定位干扰源、比对典型干扰图谱等方法。

特高频局部放电传感器放置方法

将传感器依次放置在电缆接头处或GIS盆式绝缘子处，见图B.1所示，观测是否有局部放电脉冲信号。当现场存在明显的背景干扰时，应采用加装屏蔽带等措施抑制外部干扰信号的耦合，将屏蔽带固定在盘式绝缘子上,绝缘带的使用示意图如下图B.2所示。

图B.1 GIS局部放电带电测量传感位置

图B.2 屏蔽带的使用示意图

五、安全注意事项

应严格执行国家电网公司《电力安全工作规程(变电部分)》的相关要求；

应确保操作人员及测试仪器与电力设备的带电部位保持足够的安全距离；

应避开设备防爆口或压力释放口；

测试中，电力设备的金属外壳应接地良好；

在使用传感器进行检测时，应戴绝缘手套，避免手部直接接触传感器金属部件。

应在良好的天气下进行，如遇雷、雨、雪、雾不得进行该项工作，风力大于5级时，不宜进行该项工作。

行走中注意脚下，防止踩踏设备管道、二次线缆；

防止传感器坠落而误碰设备；

保证被测设备绝缘良好，防止低压触电；

六、GIS局部放电的典型图谱

GIS局部放电的典型图谱

类型	放电模式	典型放电波形	典型放电谱图
自由金属 颗粒放电	金属颗粒和金属颗粒间的局部放电，金属颗粒和金属部件间的局部放电
	放电幅值分布较广，放电时间间隔不稳定，其极性效应不明显，在整个工频周期相位均有放电信号分布。
悬浮电位体放电	松动金属部件产生的局部放电
	放电脉冲幅值稳定，且相邻放电时间间隔基本一致。当悬浮金属体不对称时，正负半波检测信号有极性差异。
绝缘件内部气隙放电	固体绝缘内部开裂、气隙等缺陷引起的放电
	放电次数少，周期重复性低。放电幅值也较分散，但放电相位较稳定，无明显极性效应。
沿面放电	绝缘表面金属颗粒或绝缘表面脏污导致的局部放电。
	放电幅值分散性较大，放电时间间隔不稳定，极性效应不明显。
金属尖端放电	处于高电位或低电位的金属毛刺或尖端，由于电场集中，产生的SF6电晕放电。
	放电次数较多，放电幅值分散性小，时间间隔均匀。放电的极性效应 非常明显，通常仅在工频相位的负半周出现。