引言

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（Gas Insulated Switchgear，GIS）采用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，將斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、套管、避雷器、母線等元件封裝在一密閉接地金屬殼體中[1]。GIS局放在線監(jiān)測技術(shù)的普及穩(wěn)定應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對GIS一次設(shè)備狀態(tài)的持續(xù)在線監(jiān)測，能及時有效地發(fā)現(xiàn)GIS一次設(shè)備絕緣缺陷，目前已安裝GIS局放在線監(jiān)測系統(tǒng)的站點(diǎn)可取消高壓試驗(yàn)常規(guī)周期測試，切實(shí)體現(xiàn)出了在線監(jiān)測技術(shù)的替代性效果。為確保GIS局放在線監(jiān)測裝置的可用性，按現(xiàn)行GIS局放在線監(jiān)測裝置運(yùn)維要求，安裝于500 kV的GIS局放在線監(jiān)測裝置需按周期每年開展一次校驗(yàn)，安裝于220 kV及以下的GIS局放在線監(jiān)測裝置需按周期每兩年開展一次校驗(yàn)。

1外置式GIS特高頻局放在線監(jiān)測原理及校驗(yàn)原理

1.1監(jiān)測原理

特高頻局部放電監(jiān)測法具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，隨著技術(shù)的日趨成熟，已成為電力設(shè)備在線監(jiān)測的重要手段[2]。其監(jiān)測原理是由于GIS內(nèi)部的局部放電能激發(fā)穿透性極強(qiáng)的特高頻（UHF）電磁波信號，該信號能夠從盆式絕緣子和GIS外殼的接縫處泄漏到外部，因此將測試傳感器放置在非屏蔽盆式絕緣子處，在UHF頻段（300 MHz以上）接收及糯合GIS內(nèi)部信號，既能避開一般的電磁干擾，又能準(zhǔn)確測量GIS內(nèi)部的放電信號，同時配置實(shí)時信息采集裝置，可實(shí)現(xiàn)GIS特高頻局放信號的在線監(jiān)測。

1.2校驗(yàn)原理

GIS局部放電產(chǎn)生的特高頻電磁波信號在非金屬材料中具有穿透性強(qiáng)的特點(diǎn)，在盆式絕緣子或絕緣襯墊處會發(fā)生輻射現(xiàn)象。根據(jù)GIS局部放電特高頻信號的傳播特征和GIS在線監(jiān)測裝置的監(jiān)測原理，進(jìn)行GIS局部放電特高頻在線監(jiān)測裝置運(yùn)行中校驗(yàn)時，在某處盆式絕緣子或絕緣襯墊處注入特高頻電磁波信號，安裝在其他位置盆式絕緣子處的在線監(jiān)測傳感器可接收到輻射出的注入信號，通過與標(biāo)準(zhǔn)傳感器對比驗(yàn)證待校驗(yàn)傳感器的性能[3]。

2校驗(yàn)方法選擇及存在問題

依據(jù)校驗(yàn)原理，可采用兩種方法對GIS特高頻局放在線監(jiān)測傳感器的可用性進(jìn)行校驗(yàn)。

第一種方法是模擬局部放電的形式，固定在GIS設(shè)備某個位置注入輻射信號，然后根據(jù)現(xiàn)場傳感器安裝位置，利用時差定位法計算每個傳感器接收到的信號數(shù)據(jù)，最后與后臺數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，從而判定裝置的可用性（圖1）。然而，采用該方法存在兩個問題：其一是計算量比較大，尤其是傳感器越多計算量越大，需要工作人員花費(fèi)大量時間在計算上；其二是GIS的二維等效將帶來無法消除的誤差。

第二種方法則是采用移動校驗(yàn)的方式，在每一個傳感器旁邊注入輻射信號，盡量貼近被測傳感器，從而對單個傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)并判定其可用性。該方法存在三個問題：其一是工作具有重復(fù)性特征，需要對每個傳感器進(jìn)行信號注入；其二是工作所需人員增加，設(shè)備安裝現(xiàn)場與后臺屏柜必須同步開展工作，所需人員與方法一比較，需增加一名；其三是現(xiàn)行開展GIS局放在線監(jiān)測系統(tǒng)校驗(yàn)使用的信號發(fā)射源與傳感器由軟通信線連接，總長度約40 cm，但由于現(xiàn)場GIS局放在線監(jiān)測傳感器安裝高度不一，目前在定檢過程中要么通過爬梯的方式由人員手持給被校驗(yàn)傳感器注入信號，要么臨時采用塑料管或絕緣棒對信號發(fā)射源與傳感器進(jìn)行固定綁扎再去使用，存在多次登高爬梯增加安全風(fēng)險及工作效率較低下等問題，且使用現(xiàn)有支撐棒綁扎使得信號注入傳感器方向單一，在測試過程中需要人手多次調(diào)整角度才能取得準(zhǔn)確信號，每次工作前后都需要重復(fù)綁扎拆卸，工作效率低下。

綜合兩種方法優(yōu)缺點(diǎn)，當(dāng)前的校驗(yàn)工作主要采用方法二，方法一更多用于故障定位工作。

3設(shè)計思路及裝置結(jié)構(gòu)

針對移動校驗(yàn)存在的問題，主要可從工具入手，研制一種多功能GIS局放在線監(jiān)測裝置校驗(yàn)輔助支撐工具，從而提高工作效率。該工具應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

（1）材質(zhì)輕便且長度可拼接。該輔助支撐工具應(yīng)采用較為輕便的絕緣桿作為主體支撐棒，方便工作人員校驗(yàn)使用，同時可根據(jù)現(xiàn)場工作環(huán)境需要拼接支撐棒長度，貼合工作實(shí)際。

（2）固定牢靠且拆接方便。該輔助支撐工具頂部設(shè)有傳感器固定槽，中部設(shè)有可移動的信號發(fā)生器固定槽，分別將傳感器和信號發(fā)生器固定在支撐桿上，不易脫落，同時傳感器和信號發(fā)生器應(yīng)可拆卸。

（3）傳感器固定槽位置可調(diào)。該輔助支撐工具頂部傳感器固定槽應(yīng)使用特殊材料制作，使得傳感器在使用過程中可以調(diào)節(jié)位置，盡可能貼近被測傳感器，使校驗(yàn)工作更加準(zhǔn)確。

通過對多功能GIS局放在線監(jiān)測裝置校驗(yàn)輔助支撐工具的定位分析，研制出了第一代支撐工具（圖2），并對其進(jìn)行了實(shí)戰(zhàn)性檢驗(yàn)。

在實(shí)際校驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，該工具并不能很好地為校驗(yàn)工作帶來實(shí)質(zhì)效果，主要存在以下三個問題：一是傳感器調(diào)節(jié)方向單一，而且當(dāng)螺絲松動后無法支撐傳感器的重量；二是信號發(fā)生器位置固定在支撐桿上，傳感器因軟通信線牽制導(dǎo)致調(diào)節(jié)受限；三是信號發(fā)生器拆卸不方便，導(dǎo)致信號發(fā)生器存在充電困難的問題。

針對上述問題，對支撐工具進(jìn)行了改進(jìn)（圖3、圖4）：1）采用羊角螺母、手柄螺絲以及大號螺紋螺絲將傳感器固定槽和信號發(fā)生器固定槽固定在支撐桿上，工作人員可徒手操作安裝，無須使用手工具，同時增加了傳感器的調(diào)節(jié)范圍。2）通過十字架模型實(shí)現(xiàn)前后左右旋轉(zhuǎn)，具備多角度貼合功能，有利于將信號輸送到被測試設(shè)備上，使測試工作方便快捷。3）在傳感器旋轉(zhuǎn)過程中信號發(fā)生器槽位可滑動調(diào)節(jié)，確保了信號線不受牽扯。

4應(yīng)用情況及應(yīng)用前景

該輔助支撐工具已在變電站GIS局放在線監(jiān)測系統(tǒng)校驗(yàn)中進(jìn)行了測試使用，驗(yàn)證了該工具的預(yù)期設(shè)計效果。對于并行排列的三相GIS設(shè)備，在對較高以及中間相設(shè)備傳感器進(jìn)行測試時效果尤為明顯，解決了人工手持測量難以貼合到位的問題（圖5）。隨著當(dāng)前城市化進(jìn)程的不斷深入發(fā)展，GIS站點(diǎn)比例逐年攀升，GIS局放在線監(jiān)測裝置安裝數(shù)量也隨之攀升，其相應(yīng)的維護(hù)校驗(yàn)工作量也在逐年增長。對于GIS局放在線監(jiān)測裝置校驗(yàn)這一項(xiàng)新興業(yè)務(wù)工作，本次研制出的多功能校驗(yàn)輔助支撐工具非常切合運(yùn)維班組工作需要，具有適用性廣、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，在提高安全生產(chǎn)水平的同時，亦可提高工作的開展效率，有效減輕了運(yùn)維人員的工作負(fù)擔(dān)。

5創(chuàng)新點(diǎn)

（1）多功能GIS局放在線監(jiān)測裝置校驗(yàn)輔助支撐工具材質(zhì)輕便，可根據(jù)需要拼接不同長度，適用于多種不同高度的GIS設(shè)備場地，減少了人員登高操作，提升了操作安全水平。

（2）增加了可旋轉(zhuǎn)角度傳感器支架框接頭，對于安裝于不同方位的被校驗(yàn)傳感器操作起來更加便捷高效。

6結(jié)束語

隨著GIS局放在線監(jiān)測裝置校驗(yàn)工作的常態(tài)化開展，多功能GIS局放在線監(jiān)測裝置校驗(yàn)輔助支撐工具的投入使用，將提高校驗(yàn)工作效率，降低操作安全風(fēng)險，有效減輕運(yùn)維人員工作壓力，并解決部分空間局限人工手持方法難以校驗(yàn)的難題。同時，該輔助支撐工具具備伸縮拼接功能，在查找局放信號源的定位測試工作中可作為移動傳感器的接收定位支撐點(diǎn)，適用性非常廣，是一套非常有利于運(yùn)維班組使用的實(shí)用性工器具。在后續(xù)使用中，可對該輔助支撐工具進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，使其更加適應(yīng)工作需求。