超高頻技術(shù)在拉西瓦電站 750kV GIS設(shè)備的應(yīng)用

何 霞 應(yīng)偉剛

（黃河電力檢修工程公司，西寧 810006）

1 引言

拉西瓦水電站共規(guī)劃建設(shè)6臺(tái)70萬kW水輪發(fā)電機(jī)組，兩條電壓等級(jí)750kV線路送電。電站主要承擔(dān)西北電網(wǎng)的調(diào)峰和事故備用，是“西電東送”北通道的重要骨干電源點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)西北水火電“打捆”送往華北電網(wǎng)的戰(zhàn)略性工程，具有支撐西北電網(wǎng)750kV網(wǎng)架作用。電站GIS和GIL設(shè)備均首次在青海境內(nèi)電站安裝先進(jìn)的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備（局部放電檢測(cè)裝置），之前青海境內(nèi)的大型電站龍羊峽、李家峽、公伯峽均未設(shè)計(jì)和安裝該裝置。據(jù)統(tǒng)計(jì)GIS故障中內(nèi)部絕緣故障占全部故障的57.3%，且這類故障后果嚴(yán)重，其次是機(jī)械故障和氣體泄漏故障，分別占全部故障的18.1%和12.4%。另據(jù)國(guó)際研究表明，70%以上的缺陷和事故可以通過有效監(jiān)測(cè)得以避免。可見，實(shí)際運(yùn)行中對(duì)GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣故障進(jìn)行及時(shí)、有效地的在線監(jiān)測(cè)，并能夠精確定位，是預(yù)防GIS故障的主要途徑。

2 GIS局部放電特點(diǎn)及特性

2.1 GIS設(shè)備內(nèi)部常見缺陷

根據(jù)GIS設(shè)備局部放電現(xiàn)象分析，可以引發(fā)GIS設(shè)備局部放電內(nèi)部常見缺陷有：①GIS設(shè)備中的導(dǎo)體表面存在突出物，如毛刺、尖角等，這種缺陷易發(fā)生電暈放電，在穩(wěn)定的運(yùn)行電壓下一般不會(huì)引發(fā)絕緣擊穿，但在沖擊電壓下可能導(dǎo)致絕緣擊穿；②GIS 設(shè)備中固體絕緣材料內(nèi)部的缺陷，如生產(chǎn)工藝過程中殘存在盆式絕緣子內(nèi)部或與導(dǎo)體交界處的氣隙（空洞、氣泡）；③GIS設(shè)備內(nèi)殘留自由導(dǎo)電微粒，如金屬碎屑或金屬顆粒，這是較為普遍存在的一種缺陷，一般是由于制造、安裝等原因造成的；④GIS設(shè)備內(nèi)的導(dǎo)體接觸不良等缺陷，此類缺陷一般均能在設(shè)備帶電后及時(shí)發(fā)現(xiàn)，圖1為GIS內(nèi)缺陷示意圖。

圖1

2.2 GIS設(shè)備內(nèi)部缺陷產(chǎn)生局部放電的特征

（1）對(duì)于導(dǎo)體表面存在突出物，如毛刺、尖角等發(fā)生的導(dǎo)體周圍電暈放電特征：由于氣體中的分子是自由移動(dòng)的，因此GIS設(shè)備中的電暈放電過程與空氣中的電暈放電相似，在穩(wěn)定的運(yùn)行電壓下一般不會(huì)引發(fā)絕緣擊穿，但在沖擊電壓下可能導(dǎo)致絕緣擊穿。

（2）對(duì)于GIS設(shè)備中固體絕緣材料內(nèi)部的缺陷造成的GIS設(shè)備中絕緣子內(nèi)部的氣隙放電特征：該類型缺陷在出廠時(shí)可能并不出現(xiàn)，但在運(yùn)輸及安裝過程中有可能造成進(jìn)一步損傷。同時(shí)一些缺陷最初可能對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行無害，只是在機(jī)械振動(dòng)和靜電力作用下可能輕微移動(dòng)，形成潛在的隱患。

（3）對(duì)于GIS設(shè)備內(nèi)殘留自由導(dǎo)電微粒造成的放電特征：絕緣子表面的缺陷（如金屬碎屑或金屬顆粒等）有積累電荷能力，在交流電壓作用下，靜電力可使導(dǎo)電微粒在GIS（GIL）封閉間隔內(nèi)跳動(dòng)，如直立旋轉(zhuǎn)、舞動(dòng)運(yùn)動(dòng)等。這種運(yùn)動(dòng)與放電的出現(xiàn)在很大程度上是隨機(jī)的，這一過程與所加電壓大小以及微粒的特性有關(guān)。如果一個(gè)跳動(dòng)的微粒接近或運(yùn)動(dòng)至GIS設(shè)備中的高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)時(shí)，伴隨產(chǎn)生的局部放電有可能形成導(dǎo)電通道，造成絕緣擊穿。從事故分析而言，GIS設(shè)備內(nèi)殘留的金屬碎屑或金屬顆粒產(chǎn)生的各種效應(yīng)是最為嚴(yán)重的，因此，金屬顆粒的放電對(duì)GIS設(shè)備的危害相對(duì)較大。

（4）對(duì)于如果電場(chǎng)屏蔽機(jī)械松動(dòng)造成的放電特征：則可能形成電位懸浮，如果松動(dòng)的屏蔽正好在帶電的電極上，則會(huì)引起屏蔽和電極之間的放電，而此類放電將產(chǎn)生較大的聲信號(hào)。

3 GIS設(shè)備局部放電檢測(cè)方法

目前常用的檢查方法是：超高頻（UHF）檢測(cè)法和AIA超聲局放儀檢測(cè)法，而對(duì)于電磁波檢測(cè)法由于受電磁干擾和機(jī)械噪聲影響較大，高頻接地電流法由于現(xiàn)場(chǎng)GIS設(shè)備通常是多處接地，不易從外殼接地線上檢測(cè)脈沖電流的局限性都在現(xiàn)場(chǎng)未得到很好應(yīng)用。

在青海境內(nèi)的大型水電廠，除拉西瓦電站首次使用DMS 公司的UHF局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)外，其余電站在設(shè)計(jì)時(shí)未進(jìn)行局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而采用人工“AIA超聲局放儀檢測(cè)法”進(jìn)行GIS設(shè)備的局放檢測(cè)。故本文只重點(diǎn)介紹超高頻（UHF）檢測(cè)法。

GIS設(shè)備中的SF6氣體具有很高的絕緣強(qiáng)度，處于高氣壓下的SF6氣體環(huán)境中的局部放電，其放電信號(hào)的上升沿及持續(xù)時(shí)間極短，一般為ns級(jí)。典型GIS設(shè)備局部放電信號(hào)的頻譜可從低頻到數(shù)百M(fèi)Hz甚至1 GHz以上。試驗(yàn)證明，GIS設(shè)備中的放電脈沖波不僅以橫向電磁波的形式傳播，而且還會(huì)以橫向電場(chǎng)波和橫向磁場(chǎng)波的方式傳播。超高頻檢測(cè)法接收局部放電的超高頻段（0.3~3GHz）信號(hào)剛好滿足要求。同時(shí)對(duì)于多處安裝的盆式絕緣子，因這些絕緣子均為非鐵磁材料，可以透射超高頻電磁波信號(hào)，當(dāng)GIS設(shè)備局部放電產(chǎn)生的電磁波沿金屬軸（筒）傳播時(shí)，部分信號(hào)可通過絕緣子向外輻射，通過無線檢測(cè)方式即可接收到這些從GIS設(shè)備內(nèi)部傳出的放電信號(hào)，通過盆式絕緣子、轉(zhuǎn)角、T連接等信號(hào)時(shí)衰減3~6dB，因此可根據(jù)各部位UHF信號(hào)的大小可判斷故障位置。UHF法具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、靈敏度較高等特點(diǎn)，能夠局部放電定位、故障診斷，適用于自動(dòng)在線檢測(cè)，并解決了AIA超聲局放對(duì)GIS盆式絕緣子內(nèi)部故障反映不靈敏的缺點(diǎn)。

超高頻法的缺點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)GIS(GIL)設(shè)備局部放電的放電量標(biāo)定。超高頻法測(cè)量的信號(hào)頻率很高，所檢測(cè)到的信號(hào)與諸多因素有關(guān)，除放電量大、小外，還涉及局部放電源的類型、電磁信號(hào)的傳播路徑、放電源的位置等。因此，與傳統(tǒng)局部放電的放電量標(biāo)定相比，超高頻法進(jìn)行放電量的標(biāo)定比較困難。同時(shí)需要在GIS制造時(shí)設(shè)計(jì)和安裝體內(nèi)傳感器，對(duì)于已投運(yùn)的GIS無法實(shí)現(xiàn)困難；造價(jià)高，約為GIS價(jià)格的10%，限制了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。盡管如此，由于超高頻法具有較高的抗干擾能力，該方法仍是一種很有發(fā)展前途的檢測(cè)方法。

4 DMS公司的UHF局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

案例研究：某核電站中的GIS設(shè)備連接處斷裂（見圖2~4）。

圖2 早期階段的放電波形圖

圖3 過段時(shí)間后的波形圖

圖4 連接處斷裂

5 結(jié)論

UHF法是最近l0年才發(fā)展起來的局部放電檢測(cè)技術(shù)，由于其有效地解決現(xiàn)場(chǎng)干擾環(huán)境下的局部放電檢測(cè)問題，同時(shí)只要GIS制造廠家在制造GIS設(shè)備時(shí)，安裝內(nèi)部超高頻（UHF）耦合器傳感器，就可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)時(shí)不需移動(dòng)、分解GIS任何部件，不需停電，不影響GIS的正常運(yùn)行，測(cè)試靈敏度高，故障定位準(zhǔn)確。在新修訂的2000年IEC60270及IEC60517標(biāo)準(zhǔn)中，均已將這種方法作為GIS局部放電檢測(cè)的主要方法之一，該裝置的應(yīng)用，對(duì)GIS的安全運(yùn)行有著重大的意義，有著寬廣的應(yīng)用前景。

[1] 韓小蓮.GIS局部放電檢測(cè)系統(tǒng)的研究[D].西安: 西安交通大學(xué),1995.

[2] 邱毓昌.用超高頻法對(duì)GIS絕緣進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)[J].高壓電器,1997(4).

[3] 王昌長(zhǎng),李福祺.電力設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷[M].北京: 清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系,1996.

[4] 陳錦清,鄭曉光.GIS故障檢測(cè)新技術(shù)[J].廣東電力,2001,14(5).

[5] DMS公司的UHF局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品說明書.