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摘要：现代电力系统建设发展中，GIS设备应用愈加广泛，成为了电气设备建设中关键的设备结构组成部分，对于电气设备运行的稳定性和安全性具有重要意义。随着新时期国民对电气设备运行稳定性的要求不断提升，GIS设备潜伏性故障排查以及设备缺陷诊断工作的高效开展具有重要意义，尤其是GIS设备局部放电故障检测中带电检测技术的应用与分析更是成为了电气设备研究产业的重要工作内容之一，对我国电气系统现代化建设发展有着重要的推动作用。
关键词：GIS设备；缺陷诊断；局部放电；带电检测技术
GIS是Gas Insulated Substation的简写，是全封闭组合电器配电装置的英文简称。GIS设备在我国的研制与开发起步于60年代，与西方国家几部处于同一时期，在1971年首次试制成功110KVGIS设备，并顺利投入使用。随着近年来我国电气产业的逐渐发展，GIS设备已经在电力系统建设中得到了广泛应用。而在GIS设备应用中，对于GIS设备缺陷诊断中常见的局部放电现象开展带电检查工作也愈加重要，成为了推动我国电力系统建设发展的重要途径。
一、GIS设备结构组成
GIS是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称，在现代电气系统建设中应用愈加广泛。GIS设备是由多个结构部分共同组成的，其中包含了断路器、隔离开关、接地开关、互感器装置、避雷装置、母线、连接件以及出线终端等设备，并将这些设备完全集中在一个密闭的金属接地外壳之中，不仅能够降低环境对GIS设备的影响，还兼具着占地面积小、维护工作量小、安装便捷以及运行费用低廉等优点，因此在我国现代化电力系统建设中得到了广泛应用[1]。GIS设备在我国现代化电力系统建设中的应用大大提升了电气设备运行的安全性和稳定性，尤其是在新时期国民生活品质不断提升，电气设备使用频率逐渐增高的时代的背景下，更是发挥了巨大作用。
二、GIS设备缺陷诊断的重要性
在GIS设备的使用过程中，GIS设备绝缘中的某些薄弱部位在运行状态下，会受到强电场的应用，发生局部放电情况，这就会给GIS设备的使用安全性和稳定性造成严重的不利影响。而导致GIS设备发生局部放电的根源就是其电场畸变引起的，而导致其电场畸变的发生原因也是多样的，包括了自由金属微粒金属突出物、绝缘子气隙、绝缘子表面附着的金属污染物以及悬浮电极等等，如图1所示。一旦GIS设备内部绝缘介质的局部损坏情况发生，就会导致其存在绝缘恶化甚至击穿的情况，造成其故障损坏情况的发生，甚至会给用户的电力资源使用安全造成威胁。
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图1 GIS设备主要绝缘缺陷
因此，在GIS设备使用中，GIS设备缺陷诊断工作的重要性不言而喻。首先，是提升GIS设备使用安全的必然途径。GIS设备作为新时期电力系统建设中应用较为广泛的电气设备结构，其本身就是用以提升电力系统安全的。而一旦GIS设备局部放电情况的发生，就会使其运行安全性急剧下降，不仅会影响我国电力产业的发展，更会给电力用户的用电安全造成威胁。因此，需要通过GIS设备缺陷诊断工作的落实，来对其运行状态进行检验，保证其整体状态，避免局部放电情况的发生。其次，是保证电气系统运行稳定性的重要基础。现代电气系统建设中，人们对电气设备运行的稳定性要求不断提升，一旦发生电气设备故障，就容易给用户造成经济损失，影响用户的日常生活。而GIS设备作为当前电气系统建设中应用频率较高的设备系统，其缺陷故障就会导致其故障发生频率较高，严重影响用户的电气系统使用稳定性。这就需要通过GIS设备缺陷诊断工作的落实，来全面保证其运行状态，避免异常工作状态影响其运行稳定性，给用户造成不好的用电体验。最后，能够延长GIS设备的使用寿命。GIS设备作为一种全封闭式组合电器设备，其使用中具有检修周期较长的特点，一旦其运行中存在缺陷隐患，就会使其设备结构在局部放电现象的影响下故障发生频率逐渐增多，最终影响其使用寿命。因此，只有落实严格的GIS设备缺陷诊断工作，通过深入的局部放电检测工作落实，才能够避免其局部放电情况的发生，降低对设备的故障损耗，提升其使用寿命。
三、GIS设备缺陷诊断中局部放电带电检测技术及放电源定位技术
目前阶段，GIS设备缺陷诊断中对于带电检测工作的中重视程度不断提升，通过带电诊断，不仅能够对GIS设备制造与安装方面的问题进行深入了解，更能够对GIS设备的绝缘状况进行全面检测，对其存在绝缘故障原因以及绝缘故障严重程度进行深入判断，这对于GIS设备使用以及电力系统安全运行都具有重要意义[2]。现阶段GIS设备缺陷诊断中局部放电带电检测技术主要就是特高频法和超声波法，结合局部放电源定位技术，能够实现对GIS设备局部放电位置的确定，进而落实维修工作。
首先，GIS设备特高频局部放电检测技术。特高频局部放电检测技术的原理是通过GIS设备运行过程对发生局部放电时所产生的纳秒级脉冲电磁波进行接收，然后通过对电磁信号的分析，来对GIS设备内部的绝缘情况进行检测，其技术核心就是GIS设备内置或外置的高频传感器，通过其电磁波信号接收作用而实现对GIS设备局部放电情况的检测。GIS设备在局部放电的异常情况下，其局部放电的特高频信号是具有多方面特征的：其一，具有时域周期性连续干扰特征，主要就是广播、通信、谐波等特定时域周期的环境信号干扰造成的；其二，时域周期性脉冲干扰特征，主要就是可控硅在工频某个相位上所产生的周期性脉冲干扰造成的；其三，随机性脉冲干扰特征，GIS设备局部放电时的特高频电磁脉冲信号会受到电力系统电晕放电的电磁干扰信号影响，因此在GIS设备局部放电的特高频带电检测中，也要充分注重对其这一特征的综合考虑。由于电力系统电晕放电的电磁干扰信号频率一般都在300MHz以内，可以通过这一现实特性的利用来解决随机性脉冲干扰问题，提升检测精度。
特高频局部放电检测技术作为当前GIS设备局部放电带电检测的主要技术方式，其技术流程主要是通过在GIS设备的盆式绝缘子处进行检测，对GIS设备墙体内部局部放电信号进行接收，然后通过示波器对其波形特性进行分析，在经过检波（峰值保持）处理，经过高频电缆传输，最终通过数据采集卡完成对GIS设备局部放电数据情况的采样，经过对采样数据的全面分析，对GIS设备的局部放电故障类型进行判断，并且通过对放电发展历史趋势综合评估，也能够实现对GIS设备放电严重性的评估，这对于GIS设备的使用与发展有着重要意义[3]。特高频放电检测技术的测试原理如图2所示。
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图2 GIS设备局部放电特高频法测试原理
其次，GIS设备局部放电超声波检测技术。在GIS设备局部放电过程中，也会由放电影响，导致其发出机械信号，超声波检测技术就是通过对其机械信号的探测，实现对GIS设备局部放电情况检测的。超声波检测技术具有不受电磁干扰、能够应用于有外壳设备检测、检测灵敏度不会受检测物电容量变化而变化、能够实现对放电源确定等技术优点，并且其技术检测方式快捷简便，适用于现场GIS设备局部放电的带电检测工作，因此在GIS设备局部放电带电检测工作中得到了广泛应用。超声波检测技术的原理主要是通过对GIS设备内部发生局部放电是产生的高频弹性脉冲波在固体、液体以及气体等介质中的扩散传播的超声信号进行收集，通过收集到的信号就能够对GIS设备的局部放电情况进行带电检测，实现对设备放电故障的判断。GIS设备超声波检测技术中检测电磁信号的频率范围在20-200kHz，因此其检测过程中不会受电磁信号的应用，检测结果的精确度较高，因此被广泛应用于GIS设备局部放电的带电检测工作中。但是在GIS设备局部放电的超声波检测技术应用中，该技术的检测精确性也会受检测现场施工以及机械设备震动、附近设备局部放电等因素的影响，因此在其实际应用过程中，也需要保证其技术应用环境的科学性，避免检测环境对其检测精确性产生不利影响，给GIS设备的使用及发展形成制约。而随着新时期超声波检测技术的逐渐发展，专家学者逐渐开始尝试通过光纤技术将超声波检测信号转化，形成光强信号，然后在通过光敏元件，将之转化为电信号，这就能够实现其在高电压、强电磁干扰的恶劣环境中使用，并且使其检测信号具备了长距离信号传输的功能，这对于超声波检测技术的发展有着重大的推进意义。
最后，GIS设备局部放电方电源定位技术。放电源定位技术就是对GIS设备局部放电的放电源进行定位的技术方式，主要包含了幅值定位、时差定位以及平分面定位等等。幅值定位就是以特高频电磁信号或者超声波信号进行放电源定位的一种技术方式，超声波幅值定位的精度相对较高。时差定位和平分面定位则是根据信号在不同介质中传播的时延规律进行放电源定位的技术方式，根据GIS设备放电源定位过程中基准信号的不同，时差定位法还包含电电联合定位法、声声联合定位法及声电联合定位法，可以根据实际情况进行选择性应用。
结束语
随着GIS设备在电力系统建设中应用的逐渐发展，其缺陷诊断中局部放电带电检测技术的落实有着重要意义。而特高频局部放电检测技术和超声波检测技术则是当前GIS设备局部放电带电检测中应用较为广泛的技术方式，能够较为精确的检测GIS设备的局部放电故障原因，对于GIS设备的应用和发展具有重要的推动意义。
参考文献：
[1]杨宁，毕建刚，弓艳朋.1100 kV GIS设备内部缺陷局部放电带电检测方法试验研究及比较分析[J].高压电器，2019（8）：37-47.
[2]马跃虎，田禄，牛勃.GIS盆式绝缘子局部放电缺陷定位分析[J].内蒙古电力技术，2019，（2）.021.
[3]王政，郭峰，李秀国.基于超声波技术的GIS内部机械振动缺陷检测与分析[J].山东电力技术，2018（5）.76-80.