王 娜 許學(xué)勤 譚向宇

(1.云南電網(wǎng)公司昆明供電局，云南 昆明 650011;2.云南省電力設(shè)計(jì)院，云南 昆明 650051;3.云南電網(wǎng)電力研究院，云南 昆明 650217)

1 前言

氣體絕緣組合電器(GIS)利用了較強(qiáng)電介質(zhì)強(qiáng)度的壓縮SF6氣體，相較于空氣絕緣，具有很大絕緣強(qiáng)度這一優(yōu)勢(shì)。更重要的是，SF6具有很強(qiáng)的滅弧能力，而空氣絕緣不具備這樣的特性。由于其優(yōu)異的絕緣性能以及壓縮電氣設(shè)備空間的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)。

目前，對(duì)于GIS絕緣監(jiān)測(cè)和檢測(cè)技術(shù)有很多，例如脈沖電流法、超聲波法和超高頻法，這些方法對(duì)于GIS檢測(cè)具有不同優(yōu)勢(shì)，而應(yīng)用廣泛的是超聲波法。超聲法對(duì)于GIS內(nèi)金屬顆粒缺陷以及松動(dòng)引起的振動(dòng)具有較高的靈敏度，及時(shí)放電缺陷不發(fā)生放電，振動(dòng)缺陷仍然可以通過(guò)超聲法檢測(cè)到。超聲法在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中通過(guò)超聲信號(hào)幅值來(lái)判斷缺陷位置以及類型，但現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)往往忽略超聲信號(hào)波形其它特征，而缺陷類型不能簡(jiǎn)單依靠單一樣本進(jìn)行判斷，應(yīng)當(dāng)綜合應(yīng)用大量數(shù)據(jù)積累進(jìn)行分析和研究。

以下采用超聲法獲取大量超聲信號(hào)，基于局部放電超聲信號(hào)分布特性分析研究現(xiàn)場(chǎng)GIS內(nèi)部缺陷。

2 試驗(yàn)測(cè)試儀器

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為某110kV室內(nèi)GIS變電站，主要是通過(guò)普測(cè)，通過(guò)幅值大小變化定位GIS腔體。

試驗(yàn)所采用的儀器是AIA超聲局放儀，其功能可以產(chǎn)生相位譜圖以及連續(xù)模式下實(shí)時(shí)超聲信號(hào)顯示。其典型圖譜如圖1所示。

圖1 超聲信號(hào)典型連續(xù)圖

3 變電站現(xiàn)場(chǎng)狀況

對(duì)GIS變電站進(jìn)行帶電普測(cè)巡檢，超聲局放儀選擇外接220V電源供電進(jìn)行圖譜同步。試驗(yàn)時(shí)注意關(guān)閉排風(fēng)扇以及空壓機(jī)。背景噪聲水平如下圖2所示。環(huán)境噪聲維持在4mV以下。

圖2 背景噪聲水平

4 GIS變電站現(xiàn)場(chǎng)超聲檢測(cè)分析

110kV線路電壓互感器氣室、110kV線路避雷器氣室、110kV線路隔離開(kāi)關(guān)氣室、斷路器接地開(kāi)關(guān)、斷路器CT氣室測(cè)試譜圖中超聲信號(hào)幅值均低于4mV，因而可以判斷這些氣室并未發(fā)生發(fā)電或者振動(dòng)現(xiàn)象，如圖3所示。圖中橫軸代表相位(與供電電源相同步)，縱軸為超聲信號(hào)幅值。

圖3 斷路器CT氣室

PT氣室附近具有明顯的超聲信號(hào)圖譜，如圖4所示。圖4連續(xù)模式下顯示超聲信號(hào)幅值已經(jīng)6mV，并且明顯還有一次和二次頻率成份。

圖4 連續(xù)模式超聲信號(hào)

如圖5所示為超聲信號(hào)相位譜圖。從圖譜中可以看到這個(gè)PT氣室具有明顯的相位關(guān)系，并且將超聲傳感器放置相鄰氣室沒(méi)有類似現(xiàn)象。依據(jù)幅值與相位關(guān)系中180°至270°之間存在明顯凸起，以及在0°至90°之間存在明顯的凸起，因而可以通過(guò)該相位圖譜初步判斷為放電或者振動(dòng)。圖6橫軸為相位關(guān)系，縱軸為超聲信號(hào)幅值。

圖5 超聲信號(hào)相位譜圖

為進(jìn)一步分析大量超聲信號(hào)統(tǒng)計(jì)關(guān)系，因而建立脈沖數(shù)量與超聲幅值、飛行時(shí)間(相鄰兩個(gè)脈沖時(shí)間間隔)和脈沖數(shù)量與相位關(guān)系。圖6所示，超聲信號(hào)相位圖譜。圖中顯示超聲信號(hào)幅值完全集中于與3－7mV之間，具有較高的穩(wěn)定性，這說(shuō)明GIS內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的超聲信號(hào)具有穩(wěn)定性，缺陷具有固有性，不是偶發(fā)性放電現(xiàn)象。

圖6 超聲信號(hào)相位譜圖

從圖7中可以看出，超聲信號(hào)飛行時(shí)間與脈沖數(shù)據(jù)呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，主要體現(xiàn)在脈沖數(shù)量主要集中于2.2ms至8.9ms之間，說(shuō)明超聲脈沖時(shí)間序列中，脈沖之間是具有一定時(shí)間間隔的，并且這些時(shí)間間隔并不是均勻的(不是相等的)，通過(guò)脈沖數(shù)據(jù)量聚集程度分析，大部分放電能量主要集中于低能量區(qū)域，而高能量區(qū)域則較少。

圖7 超聲信號(hào)飛行譜圖

如圖8所示，超聲信號(hào)相位分布圖譜。從這個(gè)圖中并沒(méi)偶明顯發(fā)現(xiàn)超聲脈沖數(shù)量比較均勻分布與相位關(guān)系中。

圖8 超聲信號(hào)相位分布譜圖

5 結(jié)論

基于大量超聲信號(hào)圖譜分析以及統(tǒng)計(jì)圖譜普測(cè)，可以明確判斷通過(guò)超聲信號(hào)圖譜可以判斷GIS氣室的確存在較為明顯的缺陷，統(tǒng)計(jì)特性相對(duì)集中，尤其是在連續(xù)圖譜模式、超聲相位圖譜以及脈沖數(shù)量與超聲信號(hào)幅值關(guān)系中存在明顯放電或者振動(dòng)現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果還表明，單純依靠幅值變化分析缺陷類型手段單一，應(yīng)該依靠多源分析手段結(jié)合統(tǒng)計(jì)分布特性可綜合判斷GIS內(nèi)部缺陷。

［1］B M Pryor.Review for partial discharge monitoring in gas Insulated substation［A］.Science，Education and Technology Division Colloquium on Partial discharges in Gas Insulated Substations［C］，London，1994.

［2］N Gupta，T S Ramu.Estimation of partial discharge parameters in GIS using acoustic emission techniques［J］.Journal of Sound and Vibration，2001，247(2):243－260.

［3］W.Ziomek，E.Kuffel.Activity of Moving Metallic Particles in Prebreakdown States in GIS.IEEE Trans.DEI.1997，4(1):39－43.

［4］Anon.Partial discharge Testing of Gas Insulated Substation［J］.IEEE Trans.On Power Delievery，1992，7(2):499－506.

［5］R Banmgartner.Partial Discharge—X:PD in gas－ insulated Substations—Measurement and Practical Consideration［J］.IEEE Electrical Insulation Magazine，1992，8(1):16－27.

［6］J S Pearson.Partial Discharge Diagnostics for Gas Insulated Substations［J］.IEEE Trans.On Dielectrics and Electrical Insulatio，1995，2(5):893－905.

［7］N Gupta，T S Ramu.Estimation of Partial Discharge Parameters in GIS Using Acoustic Emission Techniques［J］.Journal of Sound and Vibration，2001，247(2):243－260.

［8］T Hoshino.Frequency Characteristics of E-lectromagnetic Wave Radiated from GIS Apertures［J］.IEEE Trans.On Power Delivery，2001，16(4):552－557.