GIS局放檢測
UHF最初是由英國中央電力局(Central Electricity Generating Board,CEGB)提出來的,該方法由Scottish Power于1986年最先引進并應用于英國的Torness 420kV的GIS設備上。經過三十余年的發展,該方法逐漸成熟,相關的技術標準也相繼形成。英國的Strathclyde大學等多所學校的研究工作最為突出。此外,英國的Rolls Royce工業電力集團、QualitrolDMS,德國的Siemens AG,Doble-Lemke,瑞士的ABB,荷蘭的KEMA,法國的ALSTOM T&D,日本的Kyushu Institute of Technology、東京電力、三菱、東芝、日立、AEPower Systems,韓國的Power System Diagnosis Tech,HYOSUNGCorporation,澳大利亞的New South Wales大學、Powerlink Queensland Ltd作了大量的基礎理論研究與技術開發工作。自20世紀90年代末以來,我國的清華大學等多所高校和公司也開展了大量的研究和推廣工作,取得了一定的研究成果。從2006年以來,UHF局放檢測技術在國家電網公司和南方電網公司得到了廣泛應用,特別是在氣體絕緣金屬封閉開關設備(Gas Insulation Switchgear, GIS)的絕緣缺陷檢測中發揮了重要作用。
20世20世紀90年代,由Judd和Hampton等人對局放電磁波的激勵特性及其傳播特性做了研究,對電磁波的表達式進行了推導分析。此外,還提出采用有限時域差分(FDTD)方法對GIS局放的激勵特性進行仿真分析。德國Stuttgart大學的Kurrer和Feser等研究人員采用脈沖電流法、超聲波法和UHF法對GIS中局放進行檢測研究,對電磁波在GIS腔體內傳播衰減情況進行了研究。日本大阪大學的Kawada和東京電力公司的Okabe等人對GIS內電磁波的激勵和傳播特性以及采用UHF方法對其進行檢測做了很多細致的仿真和研究工作。荷蘭Delft理工大學的Gulski和Meijer等學者采用并對比了脈沖電流法、UHF窄帶以及寬帶法檢測局放的結果,指出可以通過分析檢測到的局放信號,對GIS設備進行風險評估。上世紀90年代以來,以英國DMS公司為代表的特高頻局放檢測儀器制造企業成功研制了便攜式檢測裝置,并得到了廣泛應用。國內的一些儀器制造企業于2007年以來將該技術引入國內,開始研制、開發特高頻局放檢測裝置,并投入商業運行,但整體性能尚不及國外水平。
目前己在韓國、英國、香港、新加坡等30多個國家和地區廣泛應用,積累了幾十年的現場應用經驗。在對UHF檢測技術進行大量研究工作基礎之上,國外一些研究機構和設備廠商陸續開展了基于UHF技術的局放檢測設備的研制,應用于現場檢測并取得了一些現場運行經驗。如:①英國DMS公司開發出世界上首套UHF局放在線監測系統;②荷蘭Delft理工大學的Smit和Meijer等學者開發了一套UHF便攜式多目標GIS局放在線檢測系統;③韓國HYOSUNG Corporation公司開發了一套基于UHF的智能局部放電監測系統(Intelligent Partial Discharge Monitoring,iPDM),用于監測25.8kV GIS。該系統運用時頻變換進行信號降噪,利用人工神經網絡的診斷系統可以正確診斷局放原因,給出pC-dBm標定關系以及風險評估結果;⑤日本的AE Power System Corporation公司開發了基于UHF技術的GIS局放檢測系統。該系統對比不同類型內置傳感器的檢測效果,采用神經網絡對故障缺陷進行模式識別,并給出了系統現場運行經驗;⑥日本的HitachiEngineering&Services公司開發出一套便攜式GIS局放檢測系統。該系統具有較高的檢測靈敏度,采用神經網絡理論用于缺陷類型識別以及可以對放電源進行定位;⑦德國Siemens AG公司的Huecke等人開發了一套基于UHF技術的GIS局放檢測系統。每套系統帶有3個檢測單元,每個單元可接9路UHF傳感器,單元之間采用以太網通信,后臺專家系統帶有診斷功能,可以給出缺陷類型。
2000年初,UHF局放檢測技術開始引入國內。2006年起,通過與新加坡新能源電網公司進行同業對標,以北京、上海、天津為代表的一批國內電網公司率先引進UHF局放檢測技術,開展一系列現場檢測應用。2010年,在充分總結部分省市電力公司試點應用經驗的基礎上,結合狀態檢修工作的深入開展,國網電網公司頒布了《電力設備帶電檢測技術規范(試行)》和《電力設備帶電檢測儀器配置原則(試行)》,首次在國網電網公司范圍內統一了UHF局放檢測的判據、周期和儀器配置標準,UHF局放檢測技術在國網電網公司范圍全面推廣。2013年8月至2014年2月國家電網公司組織開展了特高頻局放檢測裝置等帶電檢測儀器的性能檢測工作,首次對國內市場上25款特高頻帶電檢測儀器進行了綜合性能的檢測工作,對規范和引導國內儀器開發和制造技術領域起到了積極推動作用。2014年,國網電網公司修訂了《輸變電設備狀態檢修試驗規程》,正式將UHF局放檢測技術列為開關柜設備的常規帶電檢測試驗項目之一;同年年底,為進一步規范儀器選型,指導現場檢測應用,國網電網公司頒布了《特高頻局部放電檢測儀技術規范》和《GIS特高頻局部放電帶電測試技術現場應用導則》,初步建立起完整的UHF局放檢測技術標準體系。
經過近三十年的發展,一般說來,特高頻法具有以下技術優點:(1)檢測靈敏度高。(2)現場抗低頻電暈干擾能力較強。(3)可實現局部放電源定位。(4)利于絕緣缺陷類型識別。
同時,特高頻法具有一定的局限性,主要表現在以下幾個方面:
(1)容易受到環境中特高頻電磁干擾的影響。由于UHF局放檢測技術的檢測頻率范圍為300M-3000MHz,在如此寬的頻帶范圍內可能存在手機信號、雷達信號、電機碳刷火花干擾等環境電磁干擾信號。這些干擾信號可能會造成對UHF檢測的干擾,從而影響到檢測的準確性。
(2)外置式傳感器對全金屬封閉的電力設備無法實施檢測。對帶金屬法蘭屏蔽環的GIS、全金屬封閉的變壓器等電力設備,內部局部放電激發的電磁波無法傳播出來,也就無法應用外置式UHF檢測技術實施檢測,特別是對己經運行的該存量設備尤其如此。
(3)尚未實現缺陷劣化程度的量化描述。目前國內外尚沒有該檢測技術、檢測裝置的技術標準,同時受到電磁波信號傳播路徑、缺陷放電類型差異等因素的影響,雖然其檢測信號幅值與缺陷劣化程度在趨勢上基本具有一致性,但尚不能實現與脈沖電流法類似的
缺陷劣化程度的準確量化描述。