摘要：现当今，随着状态检修工作的深入推进，通过带电检测的方式检查设备运行状况成为一种主流趋势．气体绝缘金属封闭开关设备GIS（gasinsulatedsub-station）具有占地面积小、运行可靠性高、受外部环境影响小、检修周期长等优点，在国内外应用越来越广泛．但由于其结构紧凑，内部电场集中，存在毛刺、自由金属颗粒、绝缘损坏、接触不良等缺陷时会产生局部放电，最终导致GIS绝缘故障，降低设备的利用率和可靠性．局部放电会在电力设备内部和周围空间产生一系列的光、声、电气和机械的振动等物理现象和化学变化，通过对这些信号的检测，可以及时有效地发现GIS内部存在的缺陷，及时消除隐患，避免重大事故的发生．因此常采用不同的局放检测方法如特高频法、超声波法、高频电流法等技术手段，实现GIS的带电检测，有效地判断GIS内部的绝缘缺陷。
关键词：超声波;检测技术;GIS;应用
引言
电力设备是现代化工业生产中最重要的装置之一，一旦发生故障将造成重大的经济损失，而绝缘击穿往往是造成电力设备故障的主要原因。随着制造工艺的提高和技术的进步，越来越多的可靠性高的新型设备不断的投入到电力系统，特别是组合电器（GIS/HGIS）因其紧凑、环境友好等优点应用日趋广泛。因此，检测组合电器的气体绝缘情况已成为保障系统安全稳定运行的必要工作。
1超声波检测技术原理
超声波即声发射原理（AcousticEmission，简称AE），GIS空间狭小内部场强集中，产生PD时气体分子的相互碰撞产生超声波脉冲，并伴随着声波频谱传播。声波即是一种机械振动波，包括纵波、横波和表面波。其中SF6气体中只传播纵波，而在GIS腔体上既有纵波和横波的传播，向GIS腔体四周以球面波方式散射传播，纵波衰减性大而横波在GIS腔体外衰减小。GIS中局部放电激发的超声波可以看作是以点源的方式向四周传播，由于超声波的波长较短，因此它的方向性较强，从而它的能量较为集中，通过紧贴外壳上的超声传感器接受放电时产生的声波频率10KHz~200KHz信号并对其进行分析。通过检测声信号的幅度、相位、频率成分，原始信号特征，以及跟工频频率的相关特性进行分析。AE法对寻找SF6绝缘电气设备内的局部放电、机械松动和自由颗粒等缺陷尤其有效。GIGRE和IEC将超声波检测技术列入标准PD测量方法中。（如图1所示）超声波法的测试原理。
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2超声波局部放电测试设备的实际应用
2.1超声波局部放电测试设备的系统部件和功能
2.1.1超声波传感器（Sensor）
在实际的检测中，要使用超声波传感器来检测局部放电产生的超声波信号。超声传感器的原理是基于压电晶片的逆压电效应，超声波作用于传感器的压电晶片,由压电晶片将其转换成电信号，再经信号处理电路，以其他形式表现出来。考虑到内部放电的频率高于20kHz，设备所用的传感器频率响应曲线如下，可见传感器有良好的频率特性，主要响应高频波段，可屏蔽外界低频干扰信号。
2.1.2多种显示测量模式
提供多种测量模式：如挪威产的仪器提供连续模式、脉冲模式、相位模式。每种模式都提供多种增益倍数，以提高系统的灵敏度。连续模式：测量放大器输出信号的均方根值、峰值、50Hz信号值、100Hz信号值，通过四个值的大小，初步判断是否存在异常情况。脉冲模式：测量设定时间内放大器的输出信号。一般来讲，如果内部存在悬浮颗粒，这种模式能较为灵敏的反映出来。相位模式：测量设定时间内放大器的输出信号。这种模式需要有内部同步单元支持，或外接同步信号，以判断测量处的周期。这种模式可灵敏的反映出与电源周期有密切关系的内部缺陷，比如：电晕、局部放电。
2.1.3后期信号处理
提供多路信号输出功能，包括放大器直接输出、包络线输出、周期峰值输出等。存储的数据可用后台软件进行进一步分析。
2.2超声波局部放电测试设备的测试实例情况
在对GIS设备进行带电测试的工程中，需要对每个气室进行测试，将超声波传感器放置在金属外筒的不同部位，一旦发现在连续测量模式下数据偏大时，需要加大在这个部位的测量密度，以进一步确认内部是否有异常发生。近年来，通过使用挪威产的仪器确认了几处故障。某110kVGIS变电站104断路器送电后，声音略有增大，随即对其进行超声波测试。经测试确定，震源位置在断路器与104-2隔离开关之间（图2），测试结果约为350mV，经缩短测试点间距，最终锁定在断路器与104-2刀闸绝缘法兰上方，约为500mV，其它位置15~20mV，背景噪声约10mV（图3）。BNC输入。放大器增益60db。从50Hz和100Hz的相关性看，100Hz的含量远大于50Hz的含量，说明内部存在较大的放电或屏蔽环松动开路等情况。从滤波器的频段相应情况看，50kHz与100kHz时，其幅值变化不大，说明放电位置靠近导电体。经停电解体发现，绝缘盆右上方导电杆紧固螺栓松动，螺栓存在悬浮放电现象。某合资厂110kV高压断路器运行中，声音略有增大，随即对其进行超声波测试。首先在断路器A相机构连杆处测量数据为约500mV；然后在A相下法兰处，测试结果RMS为100mV；peak为700mV，F1为20mV；F2为60mV；BNC输入,40db，背景噪声约1.5mV。滤波器低端10kHz；高端100kHz；当选用50kHz时，其数值略有下降。50Hz和100Hz的相关性看，100Hz的含量大于50Hz的含量，说明内部存在较大的放电或屏蔽环松动开路等情况。从滤波器的频段相应情况看，50kHz与100kHz时，其幅值变化不大，说明放电位置靠近导电体。从测试点的分布情况看，放电衰减范围分布面积较大，也符合导电体放电的传播特征。其放电现象是间歇式的，约间隔20～50s，放电持续30～90s左右。经停电解体检修，发现断路器上部瓷套法兰内部CT引线绝缘均压固定环松动，存在放电现象，绝缘部位已经存在严重电尽管该仪器确认了设备缺陷，但使用过程中仍发现下列问题：相位模式下，采用内部触发方式，触发信号与测试部位的相位关系不存在任何关系，测试的相位关系值得怀疑。超声波传播需要时间，内部还存在反射等现象，测试到的信号脉冲存在延时，不能实时反映放电部位的放电时间。在使用另一个品牌的仪器测量时，除了存在上述问题外，得到的测量结果也不尽相同。蚀磨损（图4）。更换后，跟踪测试未发现异常。
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结语
GIS设备结构紧凑、可靠性高，但在制造、运输的过程中可能产生一些缺陷，且由于其为集成式设备，所以在出现缺陷时判断故障原因及类型较为困难，超声波、特高频局放带电检测可有效发现GIS内部绝缘和放电缺陷。通过综合手段分析、判断，能够准确找到故障点，判断故障原因。本次故障为采用超声波方式检测出的PT内部机械振动缺陷，因此建议加强对该气隔及相邻气隔的关注，并缩短带电检测试验周期，加强正常运行的GIS设备的带电检测工作。
参考文献
［1］李景禄.高压电气设备试验与状态诊断［M］.北京：中国水利水电出版社，2018，7.
［2］李建明，朱康.高压电气设备试验方法［J］.北京：中国电力出版社，2018，8.
［3］邱关源.电路［M］.北京：高等教育出版社.2016，5.