馬永福，包正紅，李子彬，王生杰，陳 堯，劉高飛，李 淵，李秋陽，趙文強

( 國網(wǎng)青海省電力公司電力科學研究院，青海 西寧 810008)

0 引言

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)(Gas Insulated Switchgear，GIS)導體中通入交變電流時會在導體及殼體中感應出電場力和電動力，這些力會使導體、殼體和相關(guān)零部件產(chǎn)生微振動。當設(shè)備存在設(shè)計缺陷或因安裝工藝控制不良導致零部件松動等問題時，會加劇微振動，進而導致設(shè)備出現(xiàn)大幅振動和異響等，影響安全運行。由于GIS設(shè)備結(jié)構(gòu)全密封特性，當GIS內(nèi)部出現(xiàn)振動和異響時，專業(yè)人員難以在第一時間從外部判斷內(nèi)部異常情況，因此通過不同帶電檢測技術(shù)，準確診斷分析內(nèi)部具體情況，并根據(jù)診斷分析結(jié)果開展相應檢修工作，可減少停電范圍，提升檢修效率。

1 異常概況

某新建750 kV變電站750 kV GIS 設(shè)備在入網(wǎng)調(diào)試期間，對750 kV Ⅰ母充電后，75711隔離開關(guān)C相與750 kV Ⅰ母C相間跨接氣室存在異常振動并伴較大異響，具體位置如圖1所示。人手觸摸筒體時振感明顯，異響音色及頻率與運行中750 kV高壓電抗器發(fā)出的聲音相似。起初聲音呈間歇性，約相隔6～10 min出現(xiàn)一次較明顯聲響；帶電約4 h后，較明顯聲響出現(xiàn)間隔時間縮短至約2 min/次；約5 h后，異常聲響逐漸趨于穩(wěn)定，形成較明顯持續(xù)性聲響。

圖1 75711隔離開關(guān)C相至750 kV Ⅰ母跨接氣室

出現(xiàn)異常振動和聲響位置為75711隔離開關(guān)C相與750 kV Ⅰ母C相間跨接氣室，該氣室一端連接75711隔離開關(guān)，另一端連接750 kV Ⅰ母。從750kV Ⅰ母引出后經(jīng)歷“豎直向上—水平—豎直下—水平”四段筒體后到達75711隔離開關(guān)，其中“豎直向下”段筒體異常最為明顯。該段筒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，可以看到內(nèi)部為兩段水平導體和一段豎直導體，水平導體與豎直導體間通過梅花觸頭連接，豎直導體底部安裝于均勻電場的半球面型金屬屏蔽罩。

圖2 異常氣室豎直段結(jié)構(gòu)

2 異常原因診斷與分析

根據(jù)運行經(jīng)驗，GIS設(shè)備出現(xiàn)異常振動和聲響原因有內(nèi)部局部放電和機械振動兩種，因此現(xiàn)場從上述兩方面開展檢測和診斷分析。

2.1 超聲波局部放電檢測

對出現(xiàn)異常振動和聲響的氣室進行超聲波局部放電檢測，發(fā)現(xiàn)氣室不同位置均檢測到大于背景值的信號，其中“豎直向下”段筒體靠近相別標志“C”下方約5 cm處信號幅值最大，具體數(shù)據(jù)見表1，對應放電圖譜連續(xù)模式如圖3(a)所示、相位模式如圖3(b)所示。檢測結(jié)果表明，信號有效值和幅值均大于背景值，無50 Hz相關(guān)性，100 Hz相關(guān)性較大，其飛行圖譜為豎直短柱狀，符合機械振動典型圖譜，判斷氣室存在機械振動而非局部放電。

表1 信號幅值最大處檢測數(shù)據(jù) mV

圖3 信號幅值最大處超聲波檢測

2.2 振動及聲紋檢測

2.2.1 振動及聲紋分析

為判斷振動類型和幅值，掌握振動來源(殼體或?qū)w)，在異常氣室振動和聲響趨于穩(wěn)定后進行振動及聲紋檢測，在現(xiàn)場對采集到的聲壓信號進行聲壓級分析和時頻分析，如圖4所示。

圖4 異響聲壓級

從圖4中可看到，異響聲音量級較為穩(wěn)定，在測試點平均聲壓級為59.1 dB，查詢檢測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)異響頻率成分較為恒定且復雜，頻率范圍涵蓋低中高頻區(qū)域。為獲取準確聲音頻率特征量，進行頻譜分析，如圖5所示。

圖5 異響頻譜

從頻譜上看到，異響頻率特征量由33.33(100/3) Hz及整數(shù)倍諧頻構(gòu)成(圖5中各尖端)，在366.67 Hz處聲音最大。異響聲紋特征可歸納為：聲紋特征恒定，隨時間變化不大，頻率范圍較廣，涵蓋100～3 000 Hz，頻率成分以33.33(100/3)Hz整數(shù)倍頻構(gòu)成。

從上述振動及聲紋檢測結(jié)果可得出：

1)本次GIS異響聲紋頻率范圍較寬，涵蓋低中高頻段，能量集中在5 000 Hz以內(nèi)，表現(xiàn)為穩(wěn)定諧波分量，具有明顯的機械狀態(tài)改變后的非線性特征，可判斷異常振動和聲響是由于機械故障引起；

2)當GIS外部出現(xiàn)機械缺陷時，異響聲紋以100 Hz為基頻的整數(shù)倍頻。而本次異響頻率的主頻率為基頻100 Hz的1/3倍，因此判斷該異響應該由內(nèi)部機械缺陷產(chǎn)生，即振動來源為內(nèi)部導體。

2.2.2 聲成像檢測

為進一步鎖定聲源產(chǎn)生位置，使用聲成像技術(shù)進行聲源定位，基于異響不同特征量分析，可得到相應的識別結(jié)果，如圖6所示。

圖6 聲學成像檢測

聲成像檢測結(jié)果表明，在不同頻率特征量下異響位置均集中在相別標志字母“C”右下方(圖中聲源定位圈中心深色區(qū)域)，為筒體中間位置而非筒體對接處或零部件連接處，且幅值呈中間強邊緣弱輻射狀。

2.3 X射線檢測

基于上述診斷，異常振動和聲響由GIS內(nèi)部機械振動造成，且聲源位置位于相別標志字母“C”右下方。為進一步明確內(nèi)部機械振動原因，對聲源位置及附近區(qū)域進行X射線數(shù)字成像檢測，發(fā)現(xiàn)C相跨接氣室豎直導體底部屏蔽罩安裝傾斜，屏蔽罩與導體下端面間存在間隙，如圖7所示。為比對驗證，對B相相同位置進行檢測，發(fā)現(xiàn)B相屏蔽罩與導體連接緊密、無間隙存在，如圖8所示，證明C相屏蔽罩與導體連接處間隙為異常情況。

圖7 C相屏蔽罩檢測

圖8 B相屏蔽罩檢測

2.4 開蓋檢查與處理

對存在間隙的屏蔽罩進行開蓋檢查，發(fā)現(xiàn)屏蔽罩與豎直導體間位于屏蔽罩平面圓心一顆緊固螺栓固定(如圖7所示)，并未松動，但屏蔽罩與導體連接面西側(cè)安裝傾斜，最大處約為10 mm楔形間隙，如圖9所示。由于屏蔽罩與導體連接安裝在廠內(nèi)組裝階段進行，因此推斷造成間隙原因為廠內(nèi)安裝時西側(cè)異常受力導致。

圖9 內(nèi)檢

對存在間隙屏蔽罩進行處理后，對母線充電，充電后異常振動和聲響消失，氣室局部放電檢測、振動及聲紋檢測結(jié)果均正常，表明屏蔽罩與導體間間隙是導致設(shè)備異常振動和聲響的原因所在。

3 結(jié)論

此次GIS設(shè)備出現(xiàn)異常振動和聲響的原因為：廠內(nèi)生產(chǎn)組裝階段75711隔離開關(guān)C相與750 kV Ⅰ母C相間跨接氣室豎直導體與水平導體連接處豎直導體底部屏蔽罩因異常受力導致安裝傾斜，屏蔽罩與導體下端面存在間隙，與主導體貼合不良的屏蔽罩在工頻交變電壓和電流作用產(chǎn)生的電場力和電動力等綜合作用下，發(fā)生周期性機械振動和異響，振動通過導體和盆式絕緣子等傳遞至筒體，異響通過氣體和筒體傳遞至外界。在出廠試驗和現(xiàn)場特殊交接試驗階段，因回路電流較小，屏蔽罩綜合受力不足以引起振動，缺陷未在試驗階段被發(fā)現(xiàn)。

4 建議

1.GIS設(shè)備生產(chǎn)廠家提高對此類缺陷的重視程度，以此為鑒在組裝生產(chǎn)車間開展培訓和安全生產(chǎn)教育，規(guī)范廠內(nèi)生產(chǎn)組裝工藝，實行關(guān)鍵工藝二次檢查制度，建立健全設(shè)備生產(chǎn)安裝責任追溯制，將具體零部件安裝責任落實到個人；

2.加強主設(shè)備駐廠監(jiān)造全過程質(zhì)量監(jiān)督檢查力度，將屏蔽罩安裝等關(guān)鍵工藝納入旁站見證項目，要求監(jiān)造工程師全程見證隱蔽工程質(zhì)量，記錄零部件安裝情況，及時反饋安裝缺陷，重點關(guān)注屏蔽罩母線出廠試驗情況；

3.現(xiàn)場安裝階段母線分支對接前后，工程建設(shè)單位會同廠家人員對GIS筒體內(nèi)部進行再次檢查與核實，確保各部件安裝無誤。同時調(diào)試單位加強設(shè)備巡視，發(fā)現(xiàn)問題時及時通過上述診斷方法進行研判、分析和處理。