對GIS中PD研究表明，其放電脈沖具有非?？斓纳仙?，所激發(fā)的電磁能量在GIS氣室內(nèi)傳播；同時，火花或電暈放電會使電離氣體通道發(fā)生擴散，產(chǎn)生超聲波，同時出現(xiàn)被激勵的原子發(fā)光并致使SF6氣體產(chǎn)生化學(xué)分解物。因此，對應(yīng)GIS產(chǎn)生的PD所誘發(fā)的許多物理和化學(xué)效有很多檢測的方法，大致可分為電測法和非電檢測法兩大類。
①非電檢測法
非電檢測法包括超聲波檢測法、光檢測法和化學(xué)檢測法。1）超聲波檢測法
GIS的PD超聲波檢測法是利用安裝在GIS外殼上的超聲波傳感器來檢測內(nèi)部PD時電子間劇烈碰撞產(chǎn)生的超聲波信號。由于該方法不受電氣干擾及它能對PD源進行定位，因此人們對超聲法的研究較為深入。超聲波檢測法的靈敏度不僅取決于PD產(chǎn)生的能量，而且取決于信號的傳播路徑。近年來，由于聲一電換能器效率的提高和放大技術(shù)的發(fā)展，超聲波檢測法的靈敏度有了較大的提高。該方法的主要優(yōu)點有定位方便，不受電磁干擾的影響以及適合在線監(jiān)檢測等，適用于委托試驗和周期性運行檢查，但目前無法利用超聲波信號對PD進行模式識別和放電量標(biāo)定，主要作為一種輔助測量方法。
2）光檢測法
GIS中PD是在電場較為集中的局部使SF6原子發(fā)生電離，電離后的離子又會復(fù)合，復(fù)合后以光子的形式釋放能量。根據(jù)氣體放電理論，在離子復(fù)合過程中會激發(fā)出不同頻率的光譜成分，因此，可用安裝在GIS內(nèi)部的光電傳感器(如光電二極管、三極管或光電倍增管等)進行光測量來檢測PD信號。由于SF6氣體的光吸收能力會隨著氣體密度的增大而提高，GIS光滑的內(nèi)壁可能引起光的反射，以及會出現(xiàn)檢測“死角”，所以采用這種方法的準(zhǔn)確性較低。另外，實際GIS因有許多氣室，所以需要大量傳感器，檢測的成本高，因此這種方法不適合對GIS進行PD在線監(jiān)測。
3）化學(xué)檢測法
國內(nèi)外大量研究表明，由PD引起SF6氣體分解產(chǎn)生的化合氣體主要有SOF2、SOF4、S2F10、SO2F2、CF4、SO2、SiF4、HF、CO、CO2、CH4、SF4等，其中SO2F2和SF4屬劇毒物質(zhì)，SO2屬腐蝕性物質(zhì)。研究表明：不同絕緣缺陷引起的PD會產(chǎn)生不同的分解化合氣體，相應(yīng)的分解化合氣體成份、含量以及產(chǎn)生速率等也有差異。因此，可以通過檢測GIS設(shè)備SF6氣體不同分解組分含量與變化趨勢來判斷其內(nèi)部絕緣缺陷的情況。
目前，對SF6氣體分解物的檢測項目及其方法已有離線檢測標(biāo)準(zhǔn)，檢測方法主要有五種：a.氣相色譜法；b.離子色譜法；c.紅外吸收光譜法；d.檢測管法；e.化學(xué)分析法。這五種方法都是IEC60480-2004推薦的檢測方法，而GB/T8905-1996僅推薦氣相色譜法。
②電測法
PD的電測法主要有傳統(tǒng)電測法(IEC60270標(biāo)準(zhǔn)推薦方法)、UHF法，甚高頻法等。1）傳統(tǒng)電測法
傳統(tǒng)電檢測法是IEC60270標(biāo)準(zhǔn)推薦的檢測方法，由于PD發(fā)生時試樣兩端電荷的變化，與試樣兩端連接的測試回路中就會有脈沖電流，通過測量PD所產(chǎn)生的脈沖電流在檢測阻抗兩端響應(yīng)的脈沖電壓，因此也稱為脈沖電流法，它是檢測PD最常用的方法，測量頻率在10MHz以內(nèi)。其優(yōu)點是可通過校準(zhǔn)對PD進行定量測量，靈敏度取決于耦合電容與被試品等值電容的比值，精度可達到2pC。若要獲得最大的靈敏度，測試系統(tǒng)必須有良好屏蔽并需要合適的電容相匹配。這種方法要求試驗回路中所有組件包括高壓引線均不能產(chǎn)生大于被試品本身的PD水平。
2）高頻法
高頻法檢測信號的頻率范圍在30-300MHz。雖然這個頻率范圍可避開一些電暈干擾，但并不能完全消除。用高頻法也可以對PD進行定位。高頻法的主要優(yōu)點是對放電量的校準(zhǔn)可靠。
3）超高頻法
UHF法是利用裝設(shè)在GIS內(nèi)部或外部的天線傳感器接收PD激發(fā)并傳播的300-3000MHz頻段UHF信號進行檢測和分析。
運行中的GIS內(nèi)部充有高壓SF6氣體，其絕緣強度和擊穿場強都很高。當(dāng)PD在很小的范圍內(nèi)發(fā)生時，具有極快的放電時間特性，因此，PD陡脈沖含有從低頻到微波頻段的頻率成分，并且脈沖向四周輻射出電磁波；電力系統(tǒng)中的電暈放電脈沖持續(xù)時間長、脈沖上升沿的陡度較緩，其等值頻率一般在150MHz以下。GIS波導(dǎo)壁為非理想導(dǎo)體，電磁波在GIS內(nèi)部傳播時會有功率損耗，因此，電磁波將沿傳播方向衰減，并且SF6氣體會引起波導(dǎo)體積中的介質(zhì)損耗，也會造成波的衰減。由于這種衰減的衰減量比信號在絕緣子處反射造成的能量衰減低得多，因此在用波導(dǎo)理論對PD仿真和測量時可以不考慮這種衰減。GIS有許多法蘭連接的支撐絕緣子、L型結(jié)構(gòu)和T型接頭、隔離刀閘及斷路器等不連續(xù)點，UHF信號在GIS內(nèi)傳播過程中經(jīng)過這些結(jié)構(gòu)時，必然會造成較大衰減。研究表明，在絕緣子和T型接頭處的反射是造成信號能量損失的主要原因。根據(jù)GIS中電磁波的傳播特點，可以利用UHF傳感器接收其發(fā)出的電磁波中300-3000MHz信號來評價PD情況，從而避開常規(guī)電氣測試方法中難以避開的電暈放電等干擾，以提高檢測系統(tǒng)的信噪比。
GIS腔體結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個同軸波導(dǎo)，因此可用同軸波導(dǎo)的概念來分析UHF信號在GIS中的傳播過程。采用UHF法檢測GIS中PD信號的基礎(chǔ)是PD陡脈沖所激發(fā)的UHF電磁波在等效同軸波導(dǎo)激發(fā)橫向電磁波(TEM)、橫電波(TE)和橫磁波(TM)。如果在GIS裝置上用多個UHF傳感器檢測接收到同一放電源產(chǎn)生的UHF信號時間差，可以根據(jù)這些時差和電磁波的傳播速度可進行定位?；谶@一原理的PD定位法，所要測量的信號時差通常在納秒甚至皮秒級，這不僅要求測量記錄設(shè)備具有很高的頻帶和采樣率，還要求被測信號本身具有很陡的起始沿，才能讀取納秒或皮秒量級的信號起始時刻，UHF及以上頻段的信號正好滿足這一要求。因此，采用UHF法對PD源進行定位的準(zhǔn)確度是其它方法所不及的。
UHF法分為寬頻法和窄頻法，寬頻法加前置高通或帶通濾波器，窄頻法利用頻譜分析儀對所要研究的頻段進行篩選。對空氣電暈產(chǎn)生的頻率較低的電磁干擾，只需加200MHz左右的高通濾波器即可消除；對UHF通訊、電視信號可用窄頻法對其與PD信號加以比較后來區(qū)分。UHF法具有以下特點：a.傳感器接收UHF頻段信號，避開了電網(wǎng)中主要電磁干擾，具有良好的抗干擾能力；b.根據(jù)電磁脈沖信號在GIS內(nèi)部(同軸波導(dǎo))傳播的特點，利用傳感器接收信號的時間差，可進行故障源定位；c.根據(jù)放電脈沖的波形特征和UHF信號的頻譜特征，可進行故障類型識別；d.UHF傳感器相對于振動檢測法而言，其PD有效檢測范圍更大，因此需要安裝傳感器的檢測點相對減少。
對以上檢測GIS中PD的方法進行綜合比較可知，超聲波檢測法、光檢測法、化學(xué)法、傳統(tǒng)的電測法及高頻法均不太適合或目前還未開展PD的在線監(jiān)測，而UHF法抗干擾能力強，在PD在線監(jiān)測中具有很好的應(yīng)用前景。
關(guān)注微信公眾號