氣體絕緣輸電線路（GIL）故障定位方法研究文獻(xiàn)綜述（1）基于暫態(tài)電壓監(jiān)測GIL故障定位方法通過真型模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，GIL中發(fā)生絕緣擊穿時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)暫態(tài)電壓，該暫態(tài)電壓的波頭變陡時(shí)間小于150ns，且該暫態(tài)電壓與擊穿電壓幅值相等極性相反。當(dāng)某一絕緣子被擊穿時(shí)，產(chǎn)生的暫態(tài)電壓行波會(huì)由擊穿點(diǎn)通過GIL管道壁和管中的絕緣氣體向兩端傳播?；跁簯B(tài)電壓監(jiān)測GIL故障定位方法即在GIL的兩端放置兩個(gè)高精度的電壓傳感器，如圖1.1。以電壓傳感器為主體的監(jiān)測終端以及存儲(chǔ)控制單元接收到波形，如圖1.2，波頭變陡時(shí)間為110ns，說明監(jiān)測到的電壓確定為擊穿所產(chǎn)生的暫態(tài)電壓，通過高精度GPS對(duì)時(shí)系統(tǒng)，記錄得到暫態(tài)波形首次到達(dá)GIL兩端設(shè)置的高精度電壓傳感器的時(shí)間分別為ts和tn，即可得到傳感器首次接收到信號(hào)的時(shí)間差，再結(jié)合暫態(tài)行波在GIL中的傳播速度v及兩個(gè)電壓傳感器之間的距離L，由公式（1.1）可得到擊穿點(diǎn)到一個(gè)傳感器的距離，從而確定擊穿點(diǎn)位置，進(jìn)行后續(xù)的檢修工作。由于暫態(tài)行波的傳播速度很快，所以該方法對(duì)電壓傳感器性能要求較高，定位精度容易受到環(huán)境因素干擾，且傳感器安裝在GIL內(nèi)部，可能造成一定的絕緣隱患。L（1.1）圖SEQ圖\*ARABIC1.1GIL雙端行波定位原理示意圖圖SEQ圖\*ARABIC2.11100kVGIL絕緣擊穿產(chǎn)生的暫態(tài)電壓波形（2）基于特高頻局放定位故障位置局放量的大小可以反應(yīng)GIL中絕緣特性的好壞。GIL母線氣室中會(huì)存在的金屬顆粒懸浮、導(dǎo)體接觸不良、絕緣材料缺陷、絕緣子澆鑄工藝不足和尖端產(chǎn)生電暈放電等問題，這些問題會(huì)經(jīng)歷局部放電過程發(fā)展到絕緣子發(fā)生沿面閃絡(luò)甚至絕緣擊穿等故障。這種局放能存在長達(dá)數(shù)月的時(shí)間。絕緣子損壞程度隨著局放次數(shù)的增加越來越嚴(yán)重，損壞程度積累到一定量時(shí)，會(huì)造成絕緣被擊穿，影響供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。利用發(fā)生故障前的局放進(jìn)行故障定位的優(yōu)點(diǎn)一方面是對(duì)將要發(fā)生故障位置有個(gè)預(yù)測，在發(fā)生故障時(shí)就對(duì)缺陷位置進(jìn)行維修或者更換絕緣子，避免事故的發(fā)生。另一方面從小的局放到大的故障發(fā)生之間有一定的時(shí)間，可以對(duì)一個(gè)位置的局放進(jìn)行多次定位，能提高定位的準(zhǔn)確性。GIL管道中充滿著高壓SF6或者SF6/N2氣體，發(fā)生的局部放電在這種環(huán)境下存在時(shí)間非常短暫，一般在納秒級(jí)，發(fā)生就會(huì)迅速消失。局放產(chǎn)生的脈沖電流包含著電磁波，其頻率高達(dá)GHz級(jí)，在氣室共振的作用下，會(huì)產(chǎn)生特高頻的諧振電磁波，此時(shí)GIL氣室就像一個(gè)共振腔體，共振產(chǎn)生的低損耗性質(zhì)使局放產(chǎn)生的電磁波會(huì)在氣室中存在較長時(shí)間，這對(duì)局放信號(hào)的采集提供了可能。在GIL兩端內(nèi)部放置兩個(gè)耦合器，檢測高頻段（500MHz~1500MHz）的局放能量。局放產(chǎn)生的電磁波以光速在SF6或者SF6/N2氣體中傳播。速度約為0.3m/ns,當(dāng)兩個(gè)耦合器之間發(fā)生局放時(shí)，測得電磁波到兩個(gè)耦合器的時(shí)間差為t，由公式（1.2）可得局放位置到較近的耦合器的距離d。此測試方法在溪洛渡水電站GIL上進(jìn)行了測試并成功找出了因缺陷發(fā)生放電的絕緣子，具有很好的檢測效果【2】。d=(1.2)（3）基于短路電流檢測定位故障位置在GIL外殼上每隔一段距離設(shè)置三相引出線，這將GIL分成若干小段，將引出的線與地網(wǎng)相連。GIL正常運(yùn)行時(shí)，三相電流的向量和為零，若因?yàn)楣艿纼?nèi)絕緣子發(fā)生故障，導(dǎo)致某一相或者多相發(fā)生短路故障時(shí)，大部分的故障電流會(huì)隨相鄰?fù)鈿ち飨騼啥耍詈罅魅腚娋W(wǎng)，但小部分電流會(huì)通過匯流排直接流入電網(wǎng)，檢測這一小部分電流，即可確定發(fā)生短路故障位置。在GIL上每隔固定的距離L設(shè)置引出線，引出線三相匯流之后上接電流傳感器，并接入電網(wǎng)，經(jīng)檢測分析，故障點(diǎn)兩端的電流互感器測量到的數(shù)值只和故障點(diǎn)到兩端電流互感器的距離有關(guān)且電流值大小和距離故障點(diǎn)的距離成正比關(guān)系。若GIL第m段發(fā)生短路故障，故障點(diǎn)位置兩端的電流傳感器所測的電流值由式（1.3）所示I（1.3）r表示故障位置距離左側(cè)連接點(diǎn)的距離與段長的比值，得到r的表達(dá)式為r=（1.4）故障點(diǎn)位置D：D=（1.5）圖1.3GIL短路電流定位方法示意圖以蘇通GIL走廊為例，結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)建立仿真模型，以該方法進(jìn)行故障定位，通過仿真計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)該方法定位十分準(zhǔn)確【3】。該方法的缺點(diǎn)是對(duì)電流互感器的瞬態(tài)響應(yīng)要求很高且在GIL首末兩端發(fā)生故障時(shí)，電流互感器的電流會(huì)因?yàn)楣收项愋偷牟煌l(fā)生變化，無法進(jìn)行GIL兩端的故障定位。（4）基于超聲波衰減定位故障位置研究GIL中的絕緣子發(fā)生沿面閃絡(luò)時(shí)，會(huì)有大量的電荷被激發(fā)產(chǎn)生較陡的電流脈沖，使得閃絡(luò)位置的絕緣氣體在極端時(shí)間內(nèi)發(fā)生膨脹，介質(zhì)的疏密程度迅速變化，形成超聲波脈沖。超聲波不能在真空中傳播，必須依靠介質(zhì)才能傳播。聲波不同介質(zhì)中的傳播振態(tài)不同，在固體中傳播時(shí)有縱波、表面波、橫波、板波、瑞利波等多種振態(tài)，而在氣體和液體中傳播時(shí)只有縱波振態(tài)，因此在超聲波檢測進(jìn)行故障定位研究中主要應(yīng)用到超聲縱波。GIL中沿絕緣氣體SF6或SF6/N2氣體傳播的超聲縱波以某種速度球面波向外擴(kuò)散，當(dāng)超聲波碰到金屬外殼時(shí)，聲波與外殼發(fā)生碰撞引起外殼的機(jī)械振動(dòng)，這種機(jī)械振動(dòng)頻率很高，超出人們的聽覺上限，一般在幾萬Hz到幾十萬Hz，在外殼上布置的超聲波傳感器即可檢測到該信號(hào)，通過檢測到的聲波幅值結(jié)合到達(dá)的時(shí)間差對(duì)超聲波聲源位置進(jìn)行精確定位，從而達(dá)到故障定位的目的。劉云鵬教授團(tuán)隊(duì)通過理論計(jì)算、模擬試驗(yàn)和蘇通GIL真型試驗(yàn)，得到了超聲波經(jīng)過GIL的直線單元、氣盆隔子、伸縮節(jié)時(shí)的衰減系數(shù)，并通過增加傳感器的數(shù)量和傳感器放置位置的優(yōu)化，使測量得到的衰減系數(shù)滿足超聲波定位的精度要求【4】。參考文獻(xiàn)丁登偉,韓先才,張鵬飛,劉衛(wèi)東,王寧華,張昕.基于暫態(tài)電壓監(jiān)測的特高壓GIL故障定位方法及工程應(yīng)用[J/OL].高電壓技術(shù):1-8[2021-03-15].高長玲,謝強(qiáng),張世璐,王義平.特高頻局放定位系統(tǒng)在500kVGIL中的應(yīng)用[J].水電站機(jī)電技術(shù),2014,37(05):1-4.徐文佳,項(xiàng)祖濤,馬其燕,楊大業(yè).基于電流互感器的長距離GIL短路故障在線定位方法研究[J].電測與儀表,2019,56(21):122-128.劉云鵬,費(fèi)燁,陳江波,程林,李夢(mèng)齊,劉詣,邵苠峰.特高壓GIL故障定位超聲衰減特性及試驗(yàn)研究.電網(wǎng)技術(shù),2020,44(8):3186-3192.趙文麗,高峰,曹學(xué)成.關(guān)于聲波在空氣中衰減的實(shí)驗(yàn)研究[J].物理通報(bào),2012(10):79-80.王井飛,張強(qiáng),李祥斌,黃大彬,張任馳.特高壓直流輸電工程GIL三支柱絕緣子故障分析及改進(jìn)措施[J].高壓電器,2020,56(01):246-252.吳超.直流GIL中氣體間隙和絕緣子絕緣特性研究[D].西南交通大學(xué),2012.王志遠(yuǎn),王健,李慶民,劉思華.直流GIL內(nèi)金屬微粒對(duì)表面電荷積聚影響的三維仿真及實(shí)驗(yàn)研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2016,36(24):6718-6726.丁登偉,劉衛(wèi)東,張紫薇,何良,袁明虎,張晨.基于超寬頻電壓測量的1100kVGIL絕緣子閃絡(luò)電壓時(shí)頻特征試驗(yàn)研究[J].高壓電器,2020,56(02):1-6.黎衛(wèi)國,張長虹,楊旭,趙國棟,楚金偉,南振樂.換流站GIL設(shè)備關(guān)鍵部件故障分析[J].高壓電器,2020,56(11):251-258.王升.一起GIL單相永久接地故障范圍分析[J].水電與新能源,2019,33(03):48-50.徐鉻,關(guān)蘇敏.一次GIL管道母線放電故障原因及處理[J].水電與新能源,2015(05):51-52.周旭東.GIL中盆式絕緣子多物理場耦合仿真研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué),2020.HaoXiong,HaoJiang,BinZhou,GangZhou.ResearchonanAccidentof500kVGasInsulatedTransmissionLine[J].AppliedMechanicsandMaterials,2014,2947.賈勇勇,鄧潔清,騰云,楊景剛.特高壓GIL超聲波局部放電檢測裝置設(shè)計(jì)及校驗(yàn)技術(shù)研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2019(03):27-30.蔣龍,臧春艷,秦怡寧,張仲程,黃忠康,劉耀云.基于振動(dòng)檢測的GIL放電性故障先兆的判別方法.水電能源科學(xué),2018,36(10):194-197.黎衛(wèi)國,張長虹,楊旭,奚圣羽,黃忠康,楚金偉,南振樂.GIL設(shè)備三支柱絕緣子界面氣隙局放診斷與出廠檢測分析[J].高壓電器,2020,56(08):224-229.李紅元,陳禾,吳德貫,周禹.用超聲波檢測法對(duì)GIL設(shè)備兩次局放的診斷與分析[J].高壓電器,2016,52(02):68-73.楊慶生,丁浩亮,夏雅琴.三點(diǎn)陣次聲源定位估算法[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,43(06):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