330kVGIS接地刀閘氣室內(nèi)部局放診斷

林忠立

摘 要：介紹了特高頻檢測技術(shù)、超聲定位技術(shù)氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備局部放電檢測中的應(yīng)用，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中一起330kV GIS設(shè)備氣室局部放電發(fā)生情況深入分析超聲定位技術(shù)，表明利用多種局放檢測手段聯(lián)合定位可以更好的指導(dǎo)GIS狀態(tài)檢測工作。

關(guān)鍵詞：局部放電；帶電檢測；超聲檢測；GIS狀態(tài)檢測

1 引言

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)而在電力系統(tǒng)中廣泛使用。但由于GIS結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制作安裝工藝要求高、內(nèi)部絕緣場強(qiáng)大，隨著GIS使用率的不斷提高，GIS故障對電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的威脅也越來越大。在GIS設(shè)備帶電運(yùn)行時(shí)，絕緣劣化過程中往往伴隨著局部放電的情況。加強(qiáng)GIS局部放電帶電檢測，能夠較早發(fā)現(xiàn)內(nèi)部絕緣缺陷，更好的指導(dǎo)GIS狀態(tài)檢修工作。目前GIS特高頻局放檢測和超聲局放檢測在生產(chǎn)實(shí)踐中廣泛開展，取得了顯著效果。

2 GIS局放帶電檢測

2.1 特高頻局放檢測原理

GIS內(nèi)部發(fā)生局放時(shí)，其局放脈沖十分陡峭，將在數(shù)納秒內(nèi)激發(fā)高達(dá)GHz的電磁波，通過設(shè)備腔體的同軸結(jié)構(gòu)向四處傳播，透過罐體之間的盆式絕緣子傳出。在盆式絕緣子處利用高頻天線采集局放激發(fā)的300～3000MHz特高頻信號，避開GIS設(shè)備外部常見的干擾信號如電暈放電主要產(chǎn)生的200MHz以下電磁波信號，可以分析得出GIS內(nèi)部局放類型。

2.2 超聲局放檢測原理

GIS內(nèi)部局放發(fā)生前，放電點(diǎn)周圍的電場應(yīng)力，介質(zhì)應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，而局放放電時(shí)快速釋放或遷移的電荷將打破這一平衡狀態(tài)。機(jī)械應(yīng)力與粒子力的快速振蕩，導(dǎo)致放電點(diǎn)周圍的介質(zhì)振動產(chǎn)生聲波信號。進(jìn)行超聲局放檢測時(shí)，貼在GIS罐體表面的超聲傳感器對聲波信號進(jìn)行采集分析可以得出局放放電的類型并進(jìn)行局放定位。

2.3 超聲局放檢測與特高頻局放檢測的對比

電力設(shè)備現(xiàn)場存在著多種電磁干擾，可以透過盆式絕緣子傳入GIS罐體內(nèi)部，導(dǎo)致特高頻局放檢測誤判段，此時(shí)超聲局放檢測可以有效避免電磁干擾。超聲波信號在SF6氣體中傳播衰減較快方向性強(qiáng)，形成定向而集中的波束，便于在罐體上任意位置檢測，而特高頻信號在SF6氣體中衰減較小，在較大范圍內(nèi)幅值無明顯變化，且只能在無屏蔽或有澆筑孔的盆式絕緣子處檢測，所以超聲局放檢測方便進(jìn)行定位。

3檢測案例分析

在對某330kV GIS進(jìn)行帶電檢測時(shí)，應(yīng)用局放檢測儀發(fā)現(xiàn)330kV 330117接地刀閘A相氣室存在特高頻及超聲信號異常，局放檢測儀耳機(jī)可以聽到“嘶嘶”聲。

3.1 特高頻局放檢測

特高頻傳感器置于與330117地刀A相氣室相鄰的33012刀閘A相氣室的盆式絕緣子上，如圖1中標(biāo)識Ⅰ、Ⅱ所示。測試得到的特高頻信號如圖2所示，背景干擾與正常相未檢測到異常信號。

根據(jù)圖2中的PRPD和PRPS圖譜，放電信號在工頻相位的正、負(fù)半周期均出現(xiàn)，有一定對稱性，放電信號幅值較大，具有懸浮放電的特征。同時(shí)測點(diǎn)1測的信號比測點(diǎn)2測的信號幅值更大、放電頻率更高、信號分布更加密集，可以初步判斷330117接地刀閘A相氣室存在懸浮放電。

3.2 超聲局放檢測

在330117接地刀閘A相氣室及相鄰33012刀閘A相氣室罐體上進(jìn)行超聲檢測，超聲測點(diǎn)布置如圖1中標(biāo)示①、②、③、④、⑤所示，采用超聲信號幅值比較法尋找信號最大處。

對這5處測點(diǎn)均進(jìn)行反復(fù)多次檢測，各測點(diǎn)檢測結(jié)果平均值如表1所示。將超聲波檢測儀器的測量頻率上限從100KHz調(diào)整到50KHz，數(shù)值無明顯變化。

由表1可知，幅值最大點(diǎn)位于測點(diǎn)4即接地刀閘氣室底部，往頂部信號幅值逐漸減小，而相鄰氣室檢測幅值與背景值相差不大。

超聲幅值最大的測點(diǎn)5處檢測到超聲的連續(xù)圖譜和相位圖譜如圖4所示。從超聲連續(xù)圖譜可以看出，相對于背景干擾（紅色部分）局放信號（綠色部分）的有效值、周期最大值均較大，同時(shí)信號100Hz相關(guān)性十分明顯。相位圖譜中超聲波信號一個工頻周期內(nèi)有兩簇幅值相當(dāng)?shù)男盘?，具有明顯相位相關(guān)性。由此可以判斷該缺陷由內(nèi)部懸浮放電引起，與特高頻局放檢測得出的結(jié)論一致。

3.3 聲聲聯(lián)合定位

選用兩路超聲波進(jìn)行定位確認(rèn)，分別連接示波器中通道1和通道2，通道1、通道2連接的兩個超聲波傳感器對稱放置在超聲幅值最大點(diǎn)（測點(diǎn)5）處左右。發(fā)現(xiàn)采集的兩路信號具有良好的同源性，選擇其中一組波形展開，觀察脈沖局部特征，采集的信號波頭基本重合，如圖5所示。

通道1和通道2信號波形基本一致，表明兩路探頭距離信號源距離基本相同，信號同時(shí)到達(dá)，信號源應(yīng)處于此時(shí)兩傳感器中垂面上。結(jié)合超聲波檢測儀器的測量頻率上限從100KHz調(diào)整到50KHz，數(shù)值無明顯變化的情況，判斷缺陷在氣室內(nèi)部的中心導(dǎo)體或絕緣支撐件處。

3.3 缺陷原因分析

查閱廠商出廠資料，缺陷可能為接地刀閘動觸頭處的絕緣拉桿松動或老化造成局部電場畸變導(dǎo)致局部放電。

3.4 解體驗(yàn)證

對330117接地刀閘A相氣室進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)連接接地刀閘動觸頭的絕緣拉桿顏色顏色發(fā)生明顯變化。將該拉桿沿著軸線切開，如圖6所示。在拉桿內(nèi)部發(fā)現(xiàn)一條明顯的長約7cm放電通道，且有部分白色粉末，存在明顯放電痕跡，確認(rèn)內(nèi)部存在局部放電。

4 結(jié)論

本次帶電檢測結(jié)果與解體情況說明超聲波檢測法在GIS帶電檢測中具有獨(dú)特的優(yōu)勢，有助于缺陷類型的判斷及缺陷定位，提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛伏性缺陷，減少或避免事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技術(shù)部.電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢測技術(shù)應(yīng)用典型案例[M]，中國電力出版社.

[2] 張國光.電氣設(shè)備帶電檢測技術(shù)及故障分析[M]，中國電力出版社.

[3] 李德軍，沈威，郭志強(qiáng).GIS局部放電常規(guī)檢測和超聲波檢測方法的應(yīng)用比較[J]，高壓電器，2009，3.

[4] 王萬寶，李永寧，周迎新等. GIS超聲波局部放電檢測技術(shù)的應(yīng)用分析[J]，電氣技術(shù)，2012，8.

[5] 楊立峰.GIS中典型缺陷局部放電的超聲信號特征分析[J]，電氣應(yīng)用，2015，1.