GIS局部放电超声波检测-检测原理

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GIS在运行电压、热、力等作用下的绝缘劣化和设备在生产、运输、装配调试、运行和维修过程产生或留下的各种潜伏性缺陷，会逐渐扩展致使内绝缘的电气强度下降，而导致故障。在电场作用下，导体间绝缘仅部分区域被击穿的电气放电现象称为局部放电(Partial Discharge，简称PD)。前期潜伏性故障主要以局部放电的形式表现出来。

局部放电是一种脉冲放电，电力设备产生局部放电时，它会在GIS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，这些局部放电而产生的各种物理和化学变化可以为监测电力设备内部绝缘状态提供判断依据。

在GIS设备内部发生局部放电时会产生电荷中和的过程，会产生较陡的电流脉冲，使得局部放电发生的局部区域内SF6气体瞬间受热而膨胀，形成一个类似爆炸的效果，放电结束后原来受热而膨胀的区域恢复到原来的体积，这种由于局部放电产生的一涨一缩的体积变化引起了介质的疏密瞬间变化，形成超声波，从局部放电点以球面波的方式向四周传播，如图1-2所示。因此当发生局部放电时也伴随着超声波的产生，局部放电由一连串的脉冲形成，由此产生的声波也是由脉冲形成。另一方面，超声波检测法还可以检测运动颗粒产生的机械波，一般工程上应用超声波区分颗粒的运动状态。

图1-1 超声波法检测局放示意图

局部放电产生的声波频谱分布很宽，约为10Hz~107Hz，监测到的声波频率随着不同的GIS结构、放电状态、传播媒质以及环境条件的不同而改变。由于在SF6气体中声波的衰减很大，约为空气中的20倍，并且高频分量的衰减要比低频分量大得多，因此能检测到的声波低频分量比较丰富。

在GIS中，除了局部放电产生的声波外，还有导电微粒碰撞金属外壳、电磁振动以及操作引起的机械波振动等发出的声波，但是这些声波的频率都比较低，一般都在10kHz左右。

GIS由于金属尖端、自由金属颗粒、悬浮电位、绝缘子气泡和绝缘子表面颗粒会产生局放信号，其中金属尖端、自由金属颗粒、悬浮电位会产生超声波信号。

超声波传播到两种不同介质的分界面上时，入射波的一部分能量被界面反射回来，称为反射波，另一部分能量透过界面进入另一种介质，称为折射波。超声波在介质中传播，其声能随传播距离的增加而逐渐减弱。

常用的超声波局放检测法使用的超声传感器类型包括接触式声发射传感器和非接触式声发射传感器。目前在GIS设备局部放电检测方面，通常采用接触式超声检测法。该方法通过在GIS壳体外壁上安装接触式声发射传感器来测量其内部局部放电信号。

其优点主要包括：

(1) 传感器与GIS设备的电气回路无直接联系，不影响设备运行；

(2) 超声波检测法检测振动信号，不受现场电磁信号的干扰；

(3) 由于超声信号衰减较大，局放定位准确度较高；

(4) 超声传感器布局位置不受限制，可对设备实现无死角检测。

其缺点主要包括：

(1) 现场使用时易受周围环境噪声或设备机械振动的影响；

(2) 超声信号在电力设备常用绝缘材料中的衰减较大。