1. 引言
气体绝缘金属封闭开关设备(以下简称GIS)由于其全封闭机构特性，运行中无法用传统的检测方法对其内部绝缘状态进行监测，只能通过超声波、特高频等带电检测手段对内部缺陷进行诊断 [1]；GIS设备占地面积小，占用空间小，基本不受外界环境影响，噪声和无线电干扰水平低，运行安全可靠，且维护工作量少，因而在电力系统中使用比较多 [2]。
综合分析近年GIS绝缘系统的缺陷案例不难发现，施工安装和产品质量是电缆终端故障发生的主要原因，占比84%以上(如图1所示)，每次电缆终端发生故障总会造成相应的电缆停电，随之带来的是造成大面积停电，由此造成的直接或间接损失不可估量。局部放电量(以下简称局放)是反映GIS绝缘性能的重要参数之一，是GIS绝缘劣化的征兆和表现形式 [3]。
Figure 1. Analysis of main reasons for cable terminal failure
图1. 电缆终端故障主要原因分析
所以，检测GIS局放能发现早期的绝缘缺陷，以便采取措施，避免其发展 [4]。
目前，现场最常用的GIS设备局部放电检测方法主要是采用特高频法和超声波检测法。特高频法和超声波检测法从使用效果看，由于原理不同，各自有着不同的优缺点，对不同类别的缺陷检测灵敏度有所差别。因此，在实际应用中如何将两种检测方法有效地结合起来，相互弥补，越来越受到运维检修人员的重视。本文通过在现场应用特高频和超声波联合法的GIS局部放电检测，成功发现设备运行缺陷并确定故障位置，为该方法的推广提供了一定的参考。
2. 现场检测情况
2.1. 设备运行情况
该变电站110 kV电压等级设备用泰安泰山高压开关有限公司生产的ZFW25-126型气体绝缘金属封闭开关，2017年生产，2018年6月变电站投运。
2.2. 放电信号发现
2019年10月27日，变电运维人员采用JD-S10局放检测仪对该站进行带电检测时发现1号主变110 kV侧进线间隔电缆终端气室内存在异常的放电信号。图2为1号主变110 kV侧进线间隔电缆终端气室盆式绝缘子检测数据对比。
(a) 测试背景 
(b) 测试数据
Figure 2. JD-S10 field test data
图2. JD-S10现场测试数据
由图2中的数据可以看出，JD-S10检测仪在1号主变110 kV侧进线间隔电缆终端气室盆式绝缘子上测得异常的特高频信号，工频的正负半周上均存在多根脉冲，放电脉冲个数和幅值基本对称，相位分布特征明显，具有明显的工频相关性，放电幅值较大且较分散，应为悬浮类放电。
3. 放电信号源定位
3.1. 特高频信号分析
为了确定信号的来源，使用JD-S10检测仪对异常的特高频信号进行定位分析，分别在两个相邻气室盆式绝缘子及电缆终端A、B、C三相共5个检测点进行检测。图3为现场检测示意图，图4为5个检测点与背景噪声检测点的对比数据。
Figure 3. Field test photos of positioning analysis
图3. 定位分析现场测试照片
由图4中的数据可以看到5个检测点的测试数据分别如表1所示：
Table 1. UHF partial discharge value of 5 detection points
表1. 5个检测点特高频局放值
通过对比5个检测点的信号幅值可知，放电源应靠近电缆终端A相检测点，初步判断放电源大致位于1号主变110 kV侧进线间隔电缆气室内A相。
同时，检测人员在电缆夹层采用JD-S10局放检测仪对1号主变110 kV侧进线间隔电缆A、B、C三相分别进行高频检测，图5为现场测试照片，图6为测试数据。
由图6中的数据可以看到，A相幅值为15.8 mV，B相幅值为6.3 mV，C相幅值为6.3 mV，通过比较三相高频信号幅值可知，放电源应来自于A相。
3.2. 特高频时差法分析
为了进一步确定信号源的位置，采用特高频时差法定位，将绿色标识的特高频传感器和红色标识的特高频传感器贴在如图所示的位置上。图7为现场检测照片，图7为测试结果。
Figure 5. Cable mezzanine field test photos
图5. 电缆夹层现场测试照片
(a) 
(b) 
(c)
Figure 6. JD-S10 high frequency field test data. (a) Incoming cable phase A; (b) Incoming cable phase B; (c) Incoming cable phase C
图6. JD-S10高频现场测试数据。(a) 进线电缆A相；(b) 进线电缆B相；(c) 进线电缆C相
Figure 7. Schematic photo of on-site test
图7. 现场测试示意照片
由图8可以看到，绿色标识的特高频信号在时间上超前于红色标识的特高频信号约2 ns，因而该放电源应靠近绿色标识的传感器。
Figure 8. JD-S100 detects system position-one test data
图8. JD-S100检测系统位置一测试数据
进一步，如图9所示，为现场的测试照片，其中，绿色标识传感器的位置保持不变，红色标识传感器贴在如图9所示的盆子处。
在该位置测得的典型特高频信号如图10所示。
Figure 10. JD-S100 detects system position two test data
图10. JD-S100检测系统位置二测试数据
由图10可以看到，绿色标识的特高频信号超前于红色标识的特高频信号约8.4 ns，因此更加确定异常特高频信号源应位于1号主变110 kV侧进线间隔电缆终端A相。
3.3. 超声波法分析
采用超声波法对1号主变110 kV侧进线间隔A相电缆终端进行检测，图11为现场检测位置照片，在该位置测得的典型信号如图12所示。
Figure 11. Field test photos of A phase cable terminal
图11. A相电缆终端现场测试照片
Figure 12. On-site inspection data of JD-S100 inspection system
图12. JD-S100检测系统现场检测数据
由图12可以看到，A相电缆终端环氧树脂法兰处存在明显异常的超声信号，结合其内部结构，判断该放电源位置应位于A相电缆终端与导体触头连接处，如图13所示。
Figure 13. Photo of the location of the discharge source
图13. 放电源位置照片
4. 缺陷处理
10月27日至29日，电缆检修人员对气室进行了停电解体检修，根据现场解体情况分析，发现110 kV进线A相电缆终端导电端子压接不合格，电缆应力锥均压环存在明显的松动(如图14(a)、图14(b)所示)，在高压环境下产生放电信号。电缆检修人员更换了新的均压环，进行了标准化的安装。
10月29日21时，主变送电完成。电缆班技术人员对检修后的放电部位进行了复查，未发现放电信号，设备恢复正常，检测结果如图15。
5. 结语
超声波、特高频局放等带电检测技术可有效发现GIS内部绝缘和放电缺陷，但异常信号分析较为复杂，尤其是缺陷具体位置确定存在一定困难。通过结合几种方法，可以得到以下结论：
(a)
(b)
Figure 14. Photo of the disintegration of the fault discharge part
图14. 故障放电部位解体照片
1) 特高频局部放电检测技术检测灵敏度高、抗电晕干扰能力强，可有效发现GIS设备的内部局部放电缺陷。当发现局部放电信号时，应对其进行初步定位，对相邻盆式绝缘子采用幅值比较法寻找信号最大点位置。如果需要精确定位，则联合超声局检测法可进行故障定位。
2) 通过特高频和超声波联合法同时检测局部放电信号的特高频信号和超声信号，再对各自信号进行比较分析，可以更好地排除现场干扰因素，提高局部放电的识别效率和缺陷定位准确性。
3) 从本次变电站消缺的应用情况可以得到，联合特高频法和超声波法检测的GIS局部放电在线检测技术能有效地发现运行中GIS的局部放电绝缘类缺陷，为实现在运设备不停电的GIS设备的状态检修提供强有力的检测手段。