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摘要：随着经济和各行各业的快速发展，GIS因运行可靠、占地面积小、不易受外界环境影响以及检修周期长等优势被广泛应用，对GIS进行缺陷带电检测，可以实现故障预警。为此，文章介绍了几种带电检测技术在GIS缺陷检测中的应用。
关键词：GIS；设备缺陷；带电检测技术
1 引言
当前电力行业正处于快速发展阶段，为了更好地保障电力系统运行的可靠性与稳定性，对电力设备安全性的要求也越来越高。GIS（SF6作为绝缘介质的气体绝缘金属封闭式开关设备），将变电站中除了变压器之外的电气设备进行一体化融合，和常规的变电站相比结构更紧凑，占地面积小，同时也减轻了对外界环境的负面影响，可实现更高性能、更长检修周期以及更高经济效益的运行。对于GIS设备，安全性检测至关重要。为此，本文探讨带电检测技术在GIS缺陷检测中的应用。
2 GIS设备
GIS是将以往变电站中除了变压器以外的设备，如隔离开关、接地开关、断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线以及出线套管等全部封装到接地的金属外壳当中，壳内主要以0.3-0.4MPa的SF6气体作为绝缘与灭弧的介质，GIS在城市电网中的应用比较广泛，目前国外建设的GIS与常规变电站之比约为1:6。GIS的安全运行对整个电力系统的稳定性有着决定性影响，发生任何故障都有可能导致局部甚至整个地区停电。GIS为大型封闭性结构，停电检修不仅需要投入大量的人力资源、物力资源，还需要较高的维修成本与较长的维修时间。因此，在GIS发生故障之前准确地发现其内部的缺陷并及时处理非常重要。当前对于GIS的检测与试验方式非常多，例如出厂之前的检验、安装之后的试验以及运行之后的检验、气体实验等。GIS投入运行之前的检验方式比较成熟，但是投入使用之后的检验技术并不成熟，仍然存在改进空间。缺陷属于GIS内部绝缘遭受损害的主要预先性因素，发生的原因主要有：浇筑的绝缘内部存在杂质或空洞；绝缘表面或金属表面存在突起或尖端；安装不规范或开关分合效果较差导致颗粒状或丝状的金属微粒存在，附着在绝缘表面，金属微粒在电力影响下不断跳跃从而造成缺陷；金属屏蔽的固定位置接触不良；触头接触不良导致缺陷。缺陷对于GIS设备而言属于高度危险因素，一旦发生轻微的放电，如果不及时排查问题会导致严重的绝缘问题，从而引发严重后果。因此，GIS设备缺陷带电检测技术的应用非常重要。
3 GIS设备缺陷带电检测技术
带电检测技术可以在不停电的情况下实现对GIS设备的检测，并可对缺陷精确定位，在明确损坏程度的同时，及时发出预警，帮助工作人员及时进行检修，以维持电力系统的正常运行。带电检测技术的种类很多，可根据不同的缺陷选择，针对性地进行精准定位。GIS具有占地面积小、设备配置灵活、维修度相对较低以及安全性较高等优势。但是安装期间或使用过程中可能会存在的一定缺陷或出现气体介质泄漏问题，导致绝缘强度下降，从而造成安全事故。GIS设备缺陷，会在外壳形成一定的电流，从而使接地线上存在高频放电脉冲。局部放电还会导致气体压力快速上升，在GIS设备中形成纵波与超声波。从近年来国内外的研究来看，GIS设备的缺陷检测主要有以下几种方式。
3.1 化学法
在GIS设备中，在电弧放电影响下，部分SF6气体会出现分解现象，主要的降解物是SOF2与SO2F2。根据这两种分解物的浓度差异，可以直接准确地判断GIS设备内部是否放电以及严重程度。这种方法的优势在于检测结果不会受外界电磁影响。虽然化学法可以实现对局部放电情况的检测，但也存在一定的不足之处，例如短脉冲放电无法形成足够的分解物，导致判断结果不准确，SF6气体泄漏会影响检测的结果。
3.2 超声波法
GIS设备内部缺陷会造成一定的声波，主要是横波、纵波及表面波。
在腔体外壁传播的声波除了纵波外，还包括横波，利用超声波传感器接收缺陷所形成的振动信号，也可实现对GIS设备内部缺陷的检测，因为缺陷的声波与金属撞击会呈现出不同的机械频率。超声波法的优势是检测结果不会受电气因素的影响，但是不足之处在于现场存在许多其他声源，检测精度可靠性比较低。
3.3 红外成像检测技术
任何物体因为自身的分子运动表现，会持续性地向外界辐射红外热能，在物体表面会形成带有一定温度的场环境，即热像。红外检测技术的原理是对设备表面的红外辐射能量进行检测分析，以实现对设备故障的判断，并可以准确判断出哪一个设备发生了故障。
3.4 特高频检测法
GIS设备运行过程中内部充满高压SF6气体，其绝缘强度与击穿强度都比较高，在缺陷存在小范围内时，气体击穿的过程会相当快，从而形成比较陡的脉冲电流。在对信号频谱进行分析时，会发现频率可以高达吉赫兹级，同时脉冲会向四周辐射出特高频率的电磁波，通过GIS设备腔体结构同轴结构进行传播，利用同轴波导原理可以实现特高频信号的检测。GIS设备中波导壁属于非理想性的导体，电磁波在GIS设备传播过程中会出现功率衰减，电磁波的振幅会随着传播方向逐渐减小，从而形成波的衰减。此衰减量相对于信号在绝缘子位置因反射所导致的能量损耗更低，有研究发现，1GHz电磁波在直径0.5m的GIS设备中传播衰竭只有5db/km，所以在波导理论中可以不考虑衰减问题。
4 技术发展趋势
对GIS和容性设备进行带电检测能够及时发现设备故障，检测方便快捷。故障发现后，可以根据故障的严重程度，决定是否对设备进行停电试验，停电试验能够准确地发现故障类型并确定维修方案。带电检测的优点是不影响电力系统的稳定运行，不需停电操作，不需要改变电网运行方式，不会造成社会上用户停电，可以大大提高经济效益和扩大社会效益。带电检测的工作可按照试验周期定期开展，可以实现不间断连续测试。试验数据方面在一定程度上带电比停电测试更为有效及时可靠。停电试验是根据设备检测周期或者问题缺陷等才开展的检测，而带电检测则是根据设备常出现或是易出现的关键数据指定的检测方案开展的试验工作，更为及时有效。
5 结语
随着特高压技术的快速发展，电网规模、设备容量的日益增大，以及智能电网的应运而生，人们对电网可靠性的要求越来越高，设备安全性的要求更为迫切，可以说带电检测技术的发展趋势应该是朝着以下几个方面进行：（1）建立多功能多参数的智能综合检测平台，即通过大数据把电气设备绝缘状态的关键性参数通过分析计算反映出来；（2）提高带电检测装置的可用度，即在现有基础上不断提高其可靠性和灵敏度；（3）建立数据库和专家系统，在原有试验经验的基础上，通过人工智能技术，实现GIS与容性设备的故障快速诊断和精准决策。
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