犌犐犛绝缘故障的监测

6.4　犌犐犛绝缘故障的监测

绝缘故障是GIS内部的主要故障，且严重程度高。下列情况为绝缘故障产生的主要原因：

（1）固体绝缘材料生产过程中（如环氧树脂的浇铸件）因质量问题导致内部缺陷损伤。

（2）生产过程中由于制造工艺不良、触头烧损、滑动部分磨损和安装不慎等因素，在GIS内部残留的导电微粒引起局部放电。

（3）由于各种因素使高压导体表面突出，从而引起电晕放电。

（4）由于触头接触不良，金属屏蔽罩固定处接触不良造成浮电位而引发重复的火花放电。

上述现象产生的后果主要表现为产生局部放电，使SF₆气体分解，电场畸变导致绝缘材料损伤严重。而金属微粒在交流电压作用下会不断地旋转移动，会造成局部放电、外壳振动，还会形成导电通道。因此，局部放电是GIS内的绝缘故障普遍的早期症候，应作为检测绝缘故障的主要内容。

6.4.1　局部放电电量在线监测

检测GIS的局部放电电量，可以判断GIS的绝缘状态，实现故障预测。通常采用以下几种方法：

1）外部电极法

将一外部测量电极安装在GIS外壳上，把薄膜放置于外电极与外壳之间，作为绝缘介质，形成一耦合电容。同时绝缘薄膜可以防止外壳电流流入监测装置。图6－5表示了外部电极法监测局部放电的原理。

图6－5　外部电极法原理图

由于GIS各室之间有绝缘垫，因而局部放电的高频电流会在同一绝缘垫两侧的两个外部电极间形成电位差，通过放大、滤波、A/D转换后，即可得到测量结果。外来干扰及内部局部放电可采用脉冲鉴别法加以区分。由于采用了一对外部电极，因而可以显示出脉冲的相位关系，并分出哪个气室发生了局部放电。

2）接地线电磁耦合法

GIS内部发生局部放电，会导致GIS外壳接地线中流过工频分量和高频脉冲，可通过铁磁线圈耦合进行测量，如图6－6所示。

图6－6　接地线电磁耦合法测量的原理图

PG—脉冲发生器；LPF—低通滤波；SH—门槛电路；PC—脉冲计数器；COMP—计算机；AMP—放大器

现场测量时可用（10～1　000kHz）的宽频放大器和示波器配合，或用峰值电压表与带通滤波器（例如400kHz），有的局部放电信号频率为几兆赫。而关键的是提高抗干扰能力，其次是根据局部放电信号波形区分故障性质。

3）超高频监测法

超高频监测法，是一种采用超高频率信号进行局部放电监测的方法。它是在GIS壳内预置一种约数千pF的薄膜电容器。将测量仪器全部置于壳外，通过阻抗匹配器在GIS壳外采集信号。图6－7为监测原理和等值电路。C₁约为几pF，是中心导体与外壳间的电容。

实验研究表明，局部放电频谱广泛分布在几百MHz至几千MHz之间，可以通过超高频检测法来监测局部放电。现在已开发出具有实用价值的不同超高频局部放电监测装置，其中心频率为250MHz，750MHz，800MHz，1　400MHz，3　000MHz，使用效果较好。

图6－7　超高频局部放电监测原理

6.4.2　局部放电非电量在线监测

1）机械振动监测法

GIS内局部放电会造成金属容器壁产生振动，可采用微音器、超声探头或振动加速计进行测量。随着测量技术的进步，测量精度已能够达到皮库级（pC）。

通过计算可知加速度的最大值与振幅成正比，采用加速度传感器进行测量灵敏度较高。图6－8为各种因素在容器壁引起机械振动的频谱。可见，局部放电引起的振动频率从几kHz到几十kHz，频率较高，可先经滤波器去掉低频部分，保留高频部分。

实际上，局部放电引起的GIS密封外壳的振动很小，只有提高检测灵敏度和抗干扰技术，才能得到正确的监测结果。具体措施如下：

（1）选择高灵敏度的监测器。

（2）正确安装监测设备，减少机械和电噪声的干扰。

（3）利用带通滤波器去掉低频和高频干扰。

（4）采用滤波算法，消除偶然出现的高频干扰。

图6－8　各种原因引起的振动频谱

1—局部放电引起的振动；2—异物振动；3—电磁力、磁致伸缩引起的振动；4—静电力引起的振动；5—操作引起的振动；6—对地短路引起的振动

壳外所装的加速度及超声传感器对运行中GIS不同的杂质微粒的反应有所差别，不同性质微粒杂质所测得的加速度信号和超声信号之比差别很大，因此不同杂质可用这两种传感器的输出信号强度之比来鉴别。

易于定位是测量机械振动波的最大优点。图6－9给出了超声监测仪的原理图，它具有双压电探头，将A、B两个探头测得的信号经放大后分别送入判别回路，波的传播方向可根据左右两个探头测得信号的先后次序（先测得信号那边的发光二极管发光）加以确定。最后按顺序移动仪器的探头来找出故障点。

利用该法进行局部放电监测研究时，GIS内部的放电量与壳外所测得的超声振动的振幅基本上成正比关系，同时还应考虑GIS内部放电的性质。即使是同一类型的放电，当放电发生在壳体内不同位置时，在壳外测得的振动幅值明显不同，要特别注意这方面的差别。

图6－9　双探头超声检测原理图

A，B—电压探头；C—信号鉴别回路；V—发光二极管

2）气体检测法

GIS内部发生局部放电时形成的高温将产生金属蒸汽，使SF₆气体产生分解形成活泼的SF₄，SF₄遇到气体中的水分子便发生反应生成SOF₂，HF，SO₂等活泼气体。因此，利用化学分析法通过测量H＋或F－离子含量，就可判断SF₆的分解情况，从而测出GIS内部发生的局部放电故障。

气体分解物检测仪结构如图6－10所示，利用该法测量酸度十分灵敏、方便。具体原理如下：在GIS气体管道口处安装气体检测仪，打开流量调节阀使试样气体流过探头。不久检测元件就会变色，分解气体浓度与指示剂的变色长度成正比，因此，变色的长度可作为初步判断分解气体浓度的依据。

图6－10　气体分解物检测仪结构示意图

指示剂可选用溴甲酚红紫。它会随氢离子浓度的变化而从蓝紫色变到黄绿色，其pH值转变范围在5.2～6.8之间。这种方法的特点是通过颜色变化就能判断局部放电是否发生，操作简单易行，不受电气机械噪声干扰。