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溪洛渡500kV GIS/GIL局部放電在線檢測(cè)與分析

文檔作者：唐波文檔來(lái)源：中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司機(jī)電工程局		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年12月30日
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2017年第2期
2017 Number 2
水電與新能源
HYDROPOWER AND NEW ENERGY
總第152期
TotalNo．152
DOI：10．13622／j．cnki．cIl42—1800／tv．1671—3354．2017．02．004
溪洛渡500 kV GIS／GIL局部放電在線檢測(cè)與分析
唐波
(中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司機(jī)電工程局，四川成都610094)
摘要：時(shí)差法局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用最新技術(shù)和算法，可以在監(jiān)測(cè)或檢測(cè)到局部放電信號(hào)時(shí)直接對(duì)信號(hào)源進(jìn)行定
位，免去了復(fù)雜而繁重的現(xiàn)場(chǎng)定位工作。該系統(tǒng)應(yīng)用于溪洛渡500 kV GIs／GIL進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和定位，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)重大
缺陷以便采取措施，可以避免可能發(fā)生的重大事故。局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能發(fā)現(xiàn)不屬于絕緣缺陷范疇的其他設(shè)備
缺陷，如機(jī)械故障、氣體泄漏等。
關(guān)鍵詞：局部放電；在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；GIs；GIL
中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1671—3354(2017)02—0014—03
oIlline Monitoring System for Partial Discharge
in 500 kV GIS／GIL in Xiluodu Hydropower Station
TANG Bo
(Depanment of Mechanical and Electrical En舀neering，China％ree Gorges Corpomtion，Chen酣u 610094，China)
Abstract：An online monitoring system for the partial discha昭e of GIS／GIL is developed and adopted in Xiluodu Hydropower
Station，which is based on the time—dif．feIence method and uses the latest techniques and algorithms． It could direcny
locate the partial discharge signaLl when the signal is detected，thus avoiding the complex and burdensome in-situ
loca土ion work．The application in the 500 kV GIS／GIL in Xiluodu Hydropower Station shows that it is able to detect ma—
jor defects timely and therefore measures could be taken to aVoid serious accidents． HoweVer，this online monitoring sys—
tem is not suitable for the detection of other device defects that are not in the insulation defect category such as mechani—
eal fault or gas leakage．
Key words：partial discha蠟e；online monitoring system；GIS；GIL
1 引言2局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)
GIs／GIL設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)的絕緣缺陷問(wèn)題，并能夠
自動(dòng)確定缺陷發(fā)生的位置，避免因?yàn)槿毕菸幢话l(fā)現(xiàn)而
導(dǎo)致事故的發(fā)生。
本文介紹了一種局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)
結(jié)合帶點(diǎn)巡檢設(shè)備，采用局部放電的時(shí)差定位法，可以
在監(jiān)測(cè)或檢測(cè)到局部放電信號(hào)時(shí)，直接對(duì)信號(hào)源進(jìn)行
定位，免去了復(fù)雜而繁重的現(xiàn)場(chǎng)定位工作。
14
收稿日期：2016—1l一14
作者簡(jiǎn)介：唐波，男，高級(jí)工程師，從事機(jī)電工程管理工作。
2．1 局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作用
GIs／GIL故障的誘因主要分為絕緣缺陷、氣體泄
漏、機(jī)械故障及其他因素。根據(jù)cIGRE統(tǒng)計(jì)，絕緣缺
陷占GIS／GIL故障誘因的57％，氣體泄漏占18％，機(jī)
械故障占12％，其他因素占13％。
局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能是及早發(fā)現(xiàn)被
監(jiān)測(cè)設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)的有一定持續(xù)時(shí)間的絕緣缺
陷，追蹤缺陷的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)缺陷進(jìn)行精確定位，及時(shí)
采取相應(yīng)的消缺措施，避免事故的發(fā)生。因此，對(duì)于局
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
唐波：溪洛渡500 kV GIS／GIL局部放電在線檢測(cè)與分析2017年2月
部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有以下基本要求：
1)可靠性：對(duì)于局部放電信號(hào)能夠可靠地檢測(cè)和
識(shí)別；
2)抗干擾性：對(duì)于非局部放電信號(hào)能夠可靠的
排除；
3)靈敏性：對(duì)于局部放電信號(hào)具有良好的檢測(cè)
能力；
4)安全性：安裝及運(yùn)行不影響被檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行
安全。
上述要求中，可靠性和抗干擾性是相對(duì)矛盾的，因
此，除系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)盡可能提高設(shè)備性能外，合理進(jìn)行各
項(xiàng)要求的綜合平衡，才能保證系統(tǒng)正常工作。
2．2局部放電的監(jiān)測(cè)定位方法
2．2．1 時(shí)差定位法的原理
局部放電脈沖會(huì)向各方向發(fā)射射頻信號(hào)。射頻信
號(hào)中特高頻(uHF)頻帶范圍內(nèi)的射頻信號(hào)在GIs或
GIL腔體內(nèi)，就像在一個(gè)同軸載體上一樣，沿著腔體傳
輸。特高頻信號(hào)在GIS或GIL直線簡(jiǎn)體中傳播時(shí)衰減
很小。而GIs中的復(fù)雜部分，如T接頭、支撐部件、盆
子或其他阻抗不匹配的部分均會(huì)對(duì)特高頻信號(hào)產(chǎn)生較
大的傳輸衰減。
局部放電射頻信號(hào)在sF6介質(zhì)中以光速傳播，速
度大約為0．3 rn／ns。以前各公司研發(fā)的局部放電在
線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或帶電檢測(cè)設(shè)備，由于受到計(jì)算機(jī)處理速
度等因素的影響，不能夠?qū)@樣高速傳播的信號(hào)進(jìn)行
直接定位。因此，當(dāng)確認(rèn)局部放電信號(hào)確實(shí)存在時(shí)，必
須由工程技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)采用雙通道高速示波器來(lái)完
成定位工作。示波器通過(guò)兩根相同長(zhǎng)度的電纜連接兩
個(gè)特高頻傳感器，并同時(shí)顯示兩個(gè)傳感器接收到的信
號(hào)。在已知兩個(gè)傳感器之間距離的情況下，當(dāng)局部放
電源位于兩個(gè)傳感器之外時(shí)，兩個(gè)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差
對(duì)應(yīng)的信號(hào)傳輸距離等于兩傳感器的間距；當(dāng)局部放
電源位于兩個(gè)傳感器之間時(shí)，兩個(gè)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差
小于兩傳感器的間距，如圖1所示。此時(shí)通過(guò)式(1)
即可計(jì)算出局部放電源到達(dá)較近傳感器的距離。d=半(1)
局部放電定位工作需要在局部放電可能發(fā)生的部
位反復(fù)查找，直到信號(hào)源落在兩個(gè)傳感器之間。溪洛
渡電站采用英國(guó)SDMT公司推出的新一代局部放電
在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和帶電巡檢設(shè)備，該設(shè)備采用最新技術(shù)
和算法，可以在監(jiān)測(cè)或檢測(cè)到局部放電信號(hào)時(shí)，直接對(duì)
信號(hào)源進(jìn)行定位，免去了復(fù)雜而繁重的現(xiàn)場(chǎng)定位工作。
需要說(shuō)明的是，任何信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均需具備合理
圖1 時(shí)間比較法局部放電信號(hào)定位原理
的信號(hào)識(shí)別時(shí)間。即使是快速動(dòng)作的繼電保護(hù)裝置也
需要20 ms左右的判據(jù)持續(xù)時(shí)間才能準(zhǔn)確地確認(rèn)故
障，發(fā)出跳閘命令。在更加復(fù)雜的局部放電信號(hào)識(shí)別
領(lǐng)域，如果沒(méi)有足夠的信號(hào)識(shí)別時(shí)間，則系統(tǒng)無(wú)法保證
判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，勢(shì)必導(dǎo)致過(guò)多的誤記錄、誤報(bào)警發(fā)
生。這與保護(hù)裝置需要一定的判據(jù)識(shí)別時(shí)間從而保證
可靠性的道理是一致的。因此，由不明原因造成的盆
子閃絡(luò)發(fā)生時(shí)，閃絡(luò)過(guò)程持續(xù)時(shí)間為微秒級(jí)，未達(dá)到局
部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所要求的毫秒級(jí)信號(hào)識(shí)別時(shí)間，不會(huì)
有局部放電事件記錄。
2．2．2在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器布置
由于溪洛渡右岸GIs結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)特高頻信號(hào)的傳
播衰減較大，且局部放電在線監(jiān)測(cè)的工程設(shè)計(jì)是按照
“單點(diǎn)覆蓋GIs本體，不覆蓋分支母線”的原則進(jìn)行內(nèi)
置式傳感器分布的，因此在進(jìn)行局部放電點(diǎn)定位時(shí)，有
時(shí)只有局部放電點(diǎn)一側(cè)傳感器能夠檢測(cè)到放電信號(hào)。
此時(shí)須借助外置傳感器，滿足對(duì)局部放電點(diǎn)實(shí)現(xiàn)“兩
側(cè)覆蓋”，才能計(jì)算出放電點(diǎn)的位置。和內(nèi)置傳感器
相比，外置傳感器檢測(cè)的信號(hào)衰減較大，讀取的信號(hào)幅
度較小，但并不影響對(duì)于信號(hào)到達(dá)時(shí)間的判斷。外置
傳感器以手持方式貼緊盆子上的澆筑孔進(jìn)行特高頻信
號(hào)拾取，如圖2所示。
使用高速示波器連接內(nèi)置或外置傳感器，可以通
過(guò)比較信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差進(jìn)行局部放電點(diǎn)的定位，如
圖3所示。為準(zhǔn)確定位，需要對(duì)GIS和GIL的很多位
置進(jìn)行測(cè)量。
3現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)分析與定位
現(xiàn)場(chǎng)安裝的PDM系統(tǒng)中發(fā)出的報(bào)警信號(hào)，有些是
由間歇性局部放電導(dǎo)致的。在用高速示波器進(jìn)行局部
放電信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)定位時(shí)，這些不活躍的局部放電信號(hào)有
可能恰巧潛伏而無(wú)法捕捉到。由此可見(jiàn)，局部放電在
線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備在線自動(dòng)定位功能是非常重要、非常
有意義的。
1 5
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
水電與新能源2叭7年第2期
(a)原安裝的內(nèi)置式傳感器
(b)臨時(shí)力¨裝的外置式傳感器
圖2 原安裝的內(nèi)置式傳感器和臨時(shí)加裝的外置式傳感器
圖3用于局部放電信號(hào)定位的高速示波器
為準(zhǔn)確定位，對(duì)GIS和GIL的很多位置進(jìn)行了測(cè)
量，現(xiàn)場(chǎng)定位工作共捕捉到多個(gè)活躍的局部放電信
號(hào)。本文中將只出現(xiàn)對(duì)定位直接有效的測(cè)量點(diǎn)，并以
一個(gè)被成功定位的活躍信號(hào)為例進(jìn)行分析。
以某一傳感器檢測(cè)到的信號(hào)為例，由于PDM局部
放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)受其動(dòng)態(tài)范圍限制，在該點(diǎn)接收的信號(hào)
全部超量程，局部放電類型也無(wú)法準(zhǔn)確判斷。因此我
們使用SDMT公司的PD71便攜式局部放電檢測(cè)裝置
對(duì)信號(hào)進(jìn)行了驗(yàn)證。從PD71檢測(cè)PRPD圖譜可以清
晰地看出，該處局部放電為典型的絕緣缺陷。PD71圖
譜如圖4所示。
經(jīng)反復(fù)查找，最終通過(guò)某處內(nèi)置傳感器和沿母線
距離該處傳感器5．1m處的外置式傳感器完成定位工
作。圖5為示波器顯示的兩傳感器信號(hào)波形(藍(lán)色波
16
圖4某一傳感器信號(hào)檢測(cè)圖譜
形對(duì)應(yīng)外置式傳感器信號(hào))。圖5中右下角可以讀出
兩脈沖到達(dá)時(shí)問(wèn)差為8．6 ns。通過(guò)計(jì)算可知局部放電
信號(hào)距離該處內(nèi)置傳感器1．2m，位置為圖6所示紅色
方框內(nèi)的盆子。
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一蕊熏卿
圖5 高速示波器上的局部放電信號(hào)
圖6傳感器所監(jiān)測(cè)到的局部放電信號(hào)源位置
經(jīng)SDMT公司PD71局部放電帶電檢測(cè)設(shè)備的驗(yàn)
證，確認(rèn)傳感器所監(jiān)測(cè)到的局部放電信號(hào)是一個(gè)真正
的局部放電信號(hào)，表明GIs設(shè)備某處存在絕緣缺陷問(wèn)
(下轉(zhuǎn)第37頁(yè))
￡t《$濯．㈨1
艇陡㈡!h．：．^f i衛(wèi)蘩
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
吳思源：溪洛渡水電站發(fā)電機(jī)組彈性金屬塑料瓦推力軸承的應(yīng)用及分析2017年2月
70
65
60
o。
贈(zèng)55
培
50
45
40
成功的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也可為同行業(yè)在設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)
行同類型的塑料推力瓦時(shí)提供借鑒和參考。
參考文獻(xiàn)：
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終圓滿地解決了各類問(wèn)題，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)[7]鄭奎，羅杰，徐琨．塑料瓦在溪洛渡水電站推力軸承上的
行，為電站其它塑料推力瓦的安裝、調(diào)試和運(yùn)行積累了應(yīng)用[J]．水利水電技術(shù)，2015，46(s1)：39—41
蕓氧蓊強(qiáng)g黽客逡車(chē)魏靄蕓逸樂(lè)逡客強(qiáng)凝增逸鬟息g氧省強(qiáng)g風(fēng)鑲牙氧譬毯靄靄鬟魚(yú)乏器凝鬟虱譬逸靄g黽毒器等器增強(qiáng)g氈g黽牟黎{薄．采黽蕓強(qiáng)毒器、毒i＆葛黽省黽鬟強(qiáng)牙氧≥鑫驀毯毒器毒簿翁氈翁毯
(上接第16頁(yè))
題。經(jīng)SDMT公司的PD71專家軟件分析，認(rèn)定局部
放電信號(hào)類型為“絕緣缺陷”放電，可能為絕緣體表面
污穢或內(nèi)部瑕疵，說(shuō)明缺陷出現(xiàn)在固體絕緣部件上
(盆式絕緣子或支撐絕緣子)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)定位，鎖定了局
部放電信號(hào)產(chǎn)生于圖6所示的絕緣盆子，即該絕緣盆
子存在缺陷。對(duì)于新運(yùn)行的GIs來(lái)說(shuō)，該局部放電幅
值較大。為避免設(shè)備事故，建議對(duì)該盆子進(jìn)行更換。
4總結(jié)與建議
4．1 應(yīng)用總結(jié)
溪洛渡電廠GIs／GIL局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于
2013年12月投運(yùn)以來(lái)，在相關(guān)技術(shù)人員的大力協(xié)助
和支持下，先后發(fā)現(xiàn)并精確定位GIS缺陷17處，GIL
缺陷2處，其中已處理的GIs缺陷3處、GIL缺陷2
處。14處GIs缺陷有待觀察處理。在已處理的設(shè)備
缺陷中，2處GIL缺陷和1處GIS缺陷均屬重大缺陷，
這3處重大缺陷的及時(shí)發(fā)現(xiàn)并及時(shí)采取措施，避免了
3次可能發(fā)生的重大事故，為電廠的安全運(yùn)行做出了
重要的貢獻(xiàn)。
4．2技術(shù)建議
現(xiàn)場(chǎng)安裝的PDM系統(tǒng)信號(hào)接收動(dòng)態(tài)范圍偏小，
且不具備局部放電在線自動(dòng)定位功能，給現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備
缺陷類型判斷和定位造成很大的不便。因此在今后的
局部放電在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，應(yīng)選擇具備較大動(dòng)態(tài)范圍
和在線自動(dòng)定位功能的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
此外，需要說(shuō)明的是，局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能
發(fā)現(xiàn)不屬于絕緣缺陷范疇的其他設(shè)備缺陷，如機(jī)械故
障、氣體泄漏等。同理，其他原理的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也只能針
對(duì)其監(jiān)測(cè)參數(shù)發(fā)揮作用。因此，不能期望局部放電監(jiān)
測(cè)系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備所有問(wèn)題。
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