上一篇博文我們介紹了GIS設(shè)備局部放電的兩種方法--脈沖電流法，超高頻法。今天我們接著來(lái)介紹一下另外幾種檢測(cè)GIS局部放電的方法。

1.3 超聲波檢測(cè)法

GIS設(shè)備局部放電的超聲波檢測(cè)法是利用安裝在GIS外殼上的超聲波傳感器接收局部放電產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)以達(dá)到檢測(cè)內(nèi)部局部放電的目的。在GIS中，除局部放電產(chǎn)生的聲波外，還有微粒碰撞絕緣子或外殼、電磁振動(dòng)、操作引起的機(jī)械振動(dòng)等也會(huì)發(fā)出的聲波。氣體和液體中只傳播縱波，固體中傳播的聲波除縱波外還有橫波。故在GIS中沿SF6氣體傳播的聲波和在變壓器油中一樣只有縱波，但其傳播速度很慢，要比油中低10倍，衰減也大，且隨頻率的增加而增大。測(cè)量超聲波信號(hào)的傳感器主要有加速度和聲發(fā)射兩種。當(dāng)采用加速度傳感器時(shí)，要采用高通濾波器以消除較低頻率的背景干擾；聲發(fā)射傳感器的原理是利用諧振方式，其頻率特性中己經(jīng)包含了高通特性，因此無(wú)需另外附加相應(yīng)的濾波器件。

由于聲音的傳播速度比電磁波慢很多，時(shí)間差更容易進(jìn)行測(cè)量，定位更加準(zhǔn)確，并且定位后還可通過(guò)敲擊GIS外殼的方法進(jìn)行驗(yàn)證，所以在放電定位方面，聲學(xué)檢測(cè)法比電學(xué)的方法更*，加之超聲波傳感器與GIS設(shè)備的電氣回路之間無(wú)任何，抗電磁干擾性較好，因此人們對(duì)超聲法的研究較為深入，技術(shù)手段較為成熟。但是超聲波檢測(cè)法的靈敏度不僅取決于局部放電的能量，而且取決于超聲波信號(hào)在傳播路徑上的衰減，在大多數(shù)情況下，超聲傳感器的靈敏度不是很高。近年來(lái)，由于聲一電換能器效率的提高和電子放大技術(shù)的發(fā)展，超聲波檢測(cè)法的靈敏度有了較大的提高，但是超聲傳感器的有效檢測(cè)范圍仍然較小，完成一個(gè)較大規(guī)模GIS變電站的檢測(cè)通常需要數(shù)天的時(shí)間，檢測(cè)效率不高。

1.4 光學(xué)檢測(cè)法

GIS設(shè)備的局部放電是在電場(chǎng)強(qiáng)度較為集中的位置使SF6分子發(fā)生游離，游離后的離子又會(huì)復(fù)合，復(fù)合會(huì)以光子的形式釋放能量。根據(jù)氣體放電理論，在此過(guò)程中離子的復(fù)合會(huì)激發(fā)出不同頻率的光譜成分。因此，可以通過(guò)安裝在GIS內(nèi)部的光電倍增管、光電二極管或光電三極管等光傳感器件進(jìn)行局部放電產(chǎn)生的光現(xiàn)象的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)GIS局部放電的檢測(cè)。但是由于局部放電點(diǎn)無(wú)法確定，加上現(xiàn)場(chǎng)GIS內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，局部放電產(chǎn)生的光信號(hào)可能會(huì)經(jīng)過(guò)多重折反射才能到達(dá)光傳感器件，這就需要選擇透光性能良好的觀測(cè)窗口和合理的測(cè)量位置。

從理論上來(lái)說(shuō)光學(xué)檢測(cè)法的靈敏度應(yīng)該非常高，但是由于局部放電產(chǎn)生的光輻射的頻譜主要集中在紫外波段，可能會(huì)被SF6氣體、絕緣支撐件等氣體和固體吸收，加之GIS設(shè)備光滑的內(nèi)壁所引起的反射也會(huì)給測(cè)量帶來(lái)不良影響，且會(huì)有“死角”的出現(xiàn)，這使得光學(xué)測(cè)量法在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)一個(gè)已知的放電點(diǎn)來(lái)說(shuō)是一個(gè)強(qiáng)有力的檢測(cè)工具，但要檢測(cè)一個(gè)可能在GIS設(shè)備內(nèi)任意地方出現(xiàn)的局部放電是有困難的。另外，實(shí)際GIS設(shè)備因有許多氣室，所以需要大量光傳感器，檢測(cè)的成本較高，因此光學(xué)檢測(cè)法不適合對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行局部放電的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

1.5 SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)法

國(guó)內(nèi)外大量研究表明，當(dāng)SF6設(shè)備中發(fā)生絕緣故障時(shí)，放電產(chǎn)生的高溫電弧使SF6氣體發(fā)生分解反應(yīng)，生成SF4, SF3, SF2和S2F10等多種低氟硫化物。如果是純凈的SF6氣體，上述分解物將隨著溫度降低會(huì)很快復(fù)合、還原為SF6氣體；如果SFs氣體不純凈，由于上述分解生成的多種低氟硫化物很活潑，容易與SFs氣體中的微量水分和氧氣發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，SFs氣體分解的原理示意圖如圖所示。

            SF6氣體分解原理示意圖

由于SF6分解物與水分結(jié)合生成的HF和H2SO3, SO2等化合物，均對(duì)設(shè)備內(nèi)其他絕緣及金屬材料有強(qiáng)腐蝕作用，進(jìn)而加速絕緣劣化，zui終導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生絕緣故障。引起SF6氣體分解的主要原因有：局部放電、火花放電和電弧放電等。火花放電和電弧放電主要發(fā)生在斷路器的滅弧室，由于GIS中斷路器部分的滅弧室是單獨(dú)的氣室，因此內(nèi)部絕緣缺陷引起局部放電產(chǎn)生的分解氣體組分和因斷路器正常開斷產(chǎn)生的分解氣體組分是相互獨(dú)立的。由局部放電引起SF6氣體分解產(chǎn)生的化合氣體主要有SOF2, SOF4, S2F10，S02F2, CF4, SO2, SiF4，HF, CO, CO2, CH4, SF4等。初步研究表明：不同絕緣缺陷引起的局部放電會(huì)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(guò)檢測(cè)GIS設(shè)備SFs氣體不同分解組分含量與變化趨勢(shì)來(lái)診斷其內(nèi)部絕緣缺陷的情況。

對(duì)SF6放電分解氣體的檢測(cè)主要有以下四種方法：氣相色譜法、離子色譜法、紅外吸收光譜法以及檢測(cè)管法。氣相色譜法是利用不同物質(zhì)在兩相中具有不同的分配系數(shù)，當(dāng)兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些物質(zhì)在兩相中進(jìn)行多次反復(fù)分配而實(shí)現(xiàn)分離，它可以對(duì)空氣、H20, SOF2，SO2F2, SO2和CF4進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)精度能夠達(dá)到ppm級(jí)，但它存在取樣和分析過(guò)程中可能混入水分導(dǎo)致一些組分水解、對(duì)SO2F2和SO2的檢測(cè)比較困難、不能檢測(cè)HF和局部放電主要成分之一的SOF4、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)；離子色譜法利用物質(zhì)在離子交換柱上遷移的差異而分離物質(zhì)，輔以電化學(xué)或光學(xué)檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，屬于液相色譜，可以用于檢測(cè)SOF2, SO2F2，SO2，SF4，HF，但由于對(duì)檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)環(huán)境的要求較高，國(guó)內(nèi)外很少使用這種方法檢測(cè)SF6放電分解氣體組分；紅外吸收光譜法利用一束紅外光穿過(guò)樣品氣體時(shí)，由于樣品氣體對(duì)紅外光的吸收，紅外光的吸收量與該氣體濃度之間呈線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)不同物質(zhì)的檢測(cè)，可以檢測(cè)到ppm級(jí)的SOF2，SO2F2，SO2，SF4, SOF4. H20和CF4，但SF6氣體會(huì)影響其它氣體的吸收峰，必須使用標(biāo)準(zhǔn)氣體獲得的參考圖譜對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行校正，而有些標(biāo)準(zhǔn)氣體，如化學(xué)性質(zhì)很不穩(wěn)定的SOF4等，標(biāo)氣難以獲取，因此紅外吸收光譜法難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定量檢測(cè)；檢測(cè)管法是根據(jù)化合物與檢測(cè)管里的指示劑顏色變化深淺來(lái)定量，目前國(guó)內(nèi)主要有HF，SO2的檢測(cè)管，雖然具有現(xiàn)場(chǎng)使用簡(jiǎn)便、快速和便于攜帶的優(yōu)點(diǎn)，但易受到溫度、濕度和存放時(shí)間的影響檢測(cè)，并且測(cè)量組分比較單一，不能反映整體概況，使用有一定的局限性。這四種方法都是IEC60480標(biāo)準(zhǔn)和GB/T8905國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所推薦的檢測(cè)方法，但由于SF6分解氣體的成份復(fù)雜、含量小、種類多、穩(wěn)定性差，加之GIS氣室中的吸附劑和干燥劑以及斷路器動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的電弧可能會(huì)影響SF6分解氣體測(cè)量的精度，因此無(wú)論是標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)SF6設(shè)備分解氣體含量與絕緣缺陷狀況之間的關(guān)系，還缺乏像變壓器油色譜那樣完善和有效的原理、方法及判斷標(biāo)準(zhǔn)。