一起252 kV 組合電器局放異常信號分析處理

施景壘， 宋云翔， 楊景剛， 王 晨， 肖 雷

(1. 國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 211103；2. 國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106)

一起252 kV 組合電器局放異常信號分析處理

施景壘1， 宋云翔2， 楊景剛1， 王 晨1， 肖 雷1

(1. 國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 211103；2. 國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106)

特高頻檢測技術(shù)作為一種有效的局部放電檢測技術(shù)，目前已在組合電器(GIS)檢測中廣泛應(yīng)用。在帶電檢測過程中檢測到一處252 kV GIS盆式絕緣子有特高頻異常信號。對盆式絕緣子進行X光探傷檢測，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在數(shù)厘米長度氣孔，該結(jié)果與特高頻法檢測及定位結(jié)論相一致。對該盆式絕緣子進行工頻耐壓試驗及脈沖電流法局部放電試驗，卻均滿足出廠試驗的要求，說明廠內(nèi)傳統(tǒng)的檢測方法有其一定的局限性。針對這個情況，提出了增設(shè)盆式絕緣子出廠前特高頻局部放電檢測等建議，從而進一步提高盆式絕緣子的出廠質(zhì)量。

組合電器；帶電檢測；特高頻；解體；缺陷分析

0 引言

組合電器(GIS)由于具有占地面積小、運行可靠性高、檢修周期長等優(yōu)點[1]，在電力系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。作為電力系統(tǒng)中重要的運行設(shè)備，GIS一旦發(fā)生故障，將會影響電力系統(tǒng)的正常供電，造成巨大的經(jīng)濟損失和不良的社會影響。文中介紹了一起252 kV GIS設(shè)備局部放電異常案例，通過現(xiàn)場解體和后續(xù)試驗，分析了異常產(chǎn)生原因，提出了改進措施和建議，以提高GIS的運行可靠性。

1 GIS局部放電特征

設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電時，將產(chǎn)生很陡的脈沖電流，從而激發(fā)頻率高達數(shù)吉赫茲的電磁波；放電時伴隨有爆裂狀的聲發(fā)射并產(chǎn)生超聲波，這兩種信號沿著介質(zhì)向四周空間快速傳播。因此常用超聲波檢測法和特高頻檢測法檢測GIS內(nèi)部放電情況。

GIS內(nèi)部的常見缺陷有尖端放電、懸浮放電、自由顆粒放電、絕緣內(nèi)部放電、沿面放電等。不同類型缺陷具有不一樣的放電特征[2-4]。導(dǎo)體尖端放電缺陷，在缺陷放電早期，工頻負半周呈現(xiàn)單峰特征，隨著放電程度的加劇，在工頻正半周會逐漸出現(xiàn)幅值較大的放電脈沖，呈現(xiàn)為雙峰特征；懸浮放電缺陷，放電幅值較大，單周期內(nèi)放電次數(shù)較少，放電譜圖具有較明顯的對稱性；自由顆粒缺陷，放電隨機性較強，峰值較大，有效值較低，沒有相位特征；絕緣內(nèi)部放電，放電相位具有對稱性，但正負半周的放電幅值和放電次數(shù)不一；沿面放電，在正負半周放電相對稱，放電幅值不一，缺陷發(fā)展較快。

特高頻檢測與超聲波檢測這兩種局部放電檢測方法對GIS內(nèi)不同缺陷的檢測靈敏度[5-10]如表1所示。

表1 超聲波和特高頻檢測靈敏度

2 缺陷發(fā)現(xiàn)與跟蹤檢測

2.1 缺陷的發(fā)現(xiàn)

2015年8月，對某500 kV變電站帶電檢測，檢測到其252 kV GIS Ⅷ段母線7號氣室有特高頻異常信號，而超聲波檢測未發(fā)現(xiàn)異常，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 異常間隔示意圖Fig. 1 Schematic diagram of abnormal intervals

其中，紅色為氣隔型盆式絕緣子，藍色為通氣型盆式絕緣子，所有盆式絕緣子均為環(huán)氧澆注，無金屬鎧裝屏蔽。

現(xiàn)場采用特高頻檢測發(fā)現(xiàn)圖1中1號至3號通盆處均存在異常信號，圖譜呈單峰特征(如圖2所示)，且信號持續(xù)存在。

圖2 特高頻異常信號及定位譜圖Fig. 2 Abnormal signal and location of UHF

經(jīng)特高頻時延法[11-15]定位，黃、綠、紅3個通道分別為1號、2號、3號盆子處特高頻信號。如圖2(c)所示，2號通氣盆子處信號分別超前1號、3號盆子處信號約10 ns，與盆子間距3 m相當(dāng)(特高頻接收的電磁波信號，其傳播速度與光速3×108m/s相當(dāng))，表明信號源來自2號盆子附近。此GIS母線為三相共體結(jié)構(gòu)，母線通過固定于盆式絕緣子處的觸頭相連接，結(jié)構(gòu)相對簡單。

從檢測圖譜分析，特高頻信號在負半周密集出現(xiàn)，正半周只有零星信號，表明缺陷可能為尖端放電或絕緣缺陷早期；而超聲波檢測無異常，根據(jù)表1中超聲波和特高頻檢測局部放電靈敏度比較可知，該GIS內(nèi)部缺陷為絕緣內(nèi)部放電的可能性較大。

結(jié)合定位結(jié)果及GIS結(jié)構(gòu)分析，初步懷疑為2號盆式絕緣子內(nèi)部絕緣缺陷。

2.2 缺陷的跟蹤檢測

隨后數(shù)月內(nèi)陸續(xù)進行了4次跟蹤檢測，檢測圖譜特征未發(fā)生明顯變化，特高頻信號幅值相對穩(wěn)定，且始終未檢測到超聲波信號和異常SF6氣體分解產(chǎn)物。2016年4月，現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)特高頻信號特征發(fā)生明顯變化，如圖3所示。

圖3 2號盆子處特高頻復(fù)測信號Fig. 3 No. 2 basin at the UHF signal measurement

該異常信號由單峰變?yōu)殡p峰，放電幅值有所增長，且放電重復(fù)率明顯增強。期間數(shù)次測試均未檢測到超聲波異常信號和異常SF6氣體分解產(chǎn)物。

3 解體及試驗檢測

考慮到信號特征變化明顯，為了避免擊穿故障，決定對異常盆式絕緣子進行現(xiàn)場更換處理。

3.1 GIS現(xiàn)場解體的注意事項

(1) 該設(shè)備處于運行狀態(tài)，停電解體時除了故障間隔應(yīng)氣體回收并抽真空，相鄰氣室也應(yīng)進行降半壓處理。

(2) 加強現(xiàn)場環(huán)境控制，環(huán)境濕度應(yīng)小于80 %，設(shè)備打開處應(yīng)用無塵密封袋進行防護[16，17]。

3.2 現(xiàn)場檢查

對異常氣室現(xiàn)場解體檢查，發(fā)現(xiàn)該氣室內(nèi)存在微量類似于粉塵的異物，且2號盆式絕緣子的觸頭座內(nèi)存在少量金屬粉末，觸頭座內(nèi)側(cè)亦有磨損痕跡，觸頭及觸頭座接觸處有黑點。

3.3 返廠檢測

為全面分析缺陷原因，將換下的盆式絕緣子返廠進行試驗。表面清潔處理后使用X光檢測，其圖譜如圖4所示，盆式絕緣子澆注封口處的螺栓孔附近均壓環(huán)以內(nèi)有一條長約50 mm、直徑約2 mm的條狀低密度材料，可能為條狀氣孔或內(nèi)部裂紋。

隨后對該盆子進行460 kV工頻耐壓試驗，試驗時間為1 min，結(jié)果為耐壓試驗通過；電壓降至277 kV進行脈沖電流法局放檢測，結(jié)果為0.9～1 pC，滿足標(biāo)準(zhǔn)277 kV時小于3 pC的要求。然而對該盆子進行特高頻局放檢測，異常信號依然存在。

圖4 X光探傷圖譜Fig. 4 X-ray inspection

查閱了缺陷盆式絕緣子結(jié)構(gòu)圖后，在廠區(qū)內(nèi)測量了該缺陷盆式絕緣子及正常盆式絕緣子的關(guān)鍵尺寸，測量結(jié)果顯示所有關(guān)鍵尺寸均在公差范圍內(nèi)，無異常參數(shù)。

4 缺陷分析與建議措施

4.1 缺陷原因分析

基于上述試驗數(shù)據(jù)和解體情況等，對試驗數(shù)據(jù)異常原因分析如下：

(1) 觸頭座內(nèi)金屬粉末為重力和電動力的作用下摩擦產(chǎn)生，原因是導(dǎo)體安裝時軸心不對齊或觸頭外表面與觸頭座內(nèi)表面不是完全貼合，受力不均。

(2) 接觸部位表面黑點的產(chǎn)生是由于觸頭及觸頭座非全面積接觸，帶負荷運行時電流從較小的接觸面通過，接觸部位溫度過高，表面鍍層材料與GIS內(nèi)SF6放電分解產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

(3) 現(xiàn)場檢測的特高頻信號由盆子螺栓孔附近氣孔引起，該類缺陷早期發(fā)展較緩慢，發(fā)展中會呈加速趨勢直至閃絡(luò)，此次處理有效避免了故障的發(fā)生。

4.2 建議措施

GIS設(shè)備作為電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其安全穩(wěn)定運行十分重要。結(jié)合文中的缺陷分析，對GIS設(shè)備生產(chǎn)和安裝過程提出以下幾點建議：

(1) 加強廠內(nèi)工藝管控。X光顯示缺陷盆式絕緣子內(nèi)部有氣孔，氣孔會導(dǎo)致盆子內(nèi)部場強不均，繼而形成貫穿性閃絡(luò)。該氣孔可能為運行中產(chǎn)生，也可能為出廠時本身存在，因此應(yīng)嚴格把關(guān)出廠試驗，杜絕出廠自帶缺陷。

(2) 加強現(xiàn)場安裝精度要求。嚴格按照安裝作業(yè)指導(dǎo)書要求，安裝時要防止灰塵、雜質(zhì)和潮氣進入GIS本體內(nèi)；內(nèi)部安裝、清理時要戴上塑料手套；盆子觸頭連接處應(yīng)保證軸心對稱、全面接觸、受力均勻。

(3) 建議增加盆式絕緣子出廠前的特高頻局放檢測項目。鑒于現(xiàn)場檢測盆子處特高頻異常，X光顯示確有缺陷，但是該缺陷盆式絕緣子在進行工頻耐壓試驗時滿足出廠要求，局放脈沖電流法檢測滿足小于3 pC的出廠試驗要求。由此可知，局放特高頻法較局放脈沖電流法在檢測絕緣內(nèi)部缺陷方面靈敏度要更高，建議生產(chǎn)廠家在盆式絕緣子出廠前，增設(shè)特高頻局放檢測項目。

5 結(jié)語

文中通過一起GIS局部放電缺陷的發(fā)現(xiàn)與原因分析，說明常規(guī)的出廠檢驗手段并不能保證絕緣設(shè)備的完全合格。特高頻檢測作為一種成熟的技術(shù)，對絕緣類缺陷敏感度非常高，增設(shè)為絕緣設(shè)備出廠前的必需試驗，有相當(dāng)大的合理性和一定的實際需求。特高頻法局放檢測可以和脈沖電流法局放檢測互補，更好地把控絕緣類設(shè)備的出廠質(zhì)量。

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施景壘

施景壘(1986—)，男，江蘇鹽城人，助理工程師，從事開關(guān)類設(shè)備狀態(tài)評估及帶電檢測故障分析工作(E-mail:13770982780@163.com)；

宋云翔(1966—)，男，貴州劍河人，高級工程師，從事主動配電網(wǎng)技術(shù)及管理工作；

楊景剛(1984—)，男，陜西咸陽人，高級工程師，從事變電設(shè)備狀態(tài)評價及全過程技術(shù)監(jiān)督工作；

王 晨(1990—)男，江蘇鹽城人，助理工程師，從事開關(guān)類設(shè)備狀態(tài)評估及帶電檢測故障分析工作；

肖 雷(1987—)，男，江蘇淮安人，工程師，從事變電站啟動調(diào)試及帶電檢測故障分析工作。

(編輯方 晶)

AnalysisandTreatmentofPartialDischargeAbnormalSignalin252kVGISEquipment

SHI Jinglei1，SONG Yunxiang2，YANG Jinggang1，WANG Chen1，XIAO Lei1

(1. State Grid Jiangsu Electric Power Company Research Institute, Nanjing 211103, China;2. NARI Technology Development Limited Company, Nanjing 211106, China)

As an effective partial discharge detection technology, UHF detection technology has been widely used in GIS detection. In the live detection process,the UHF abnormal signal is detected on a 252 kV GIS basin-type insulator. An X-ray detection was performed to the basin-type insulator, and several centimeters long pores are found inside. The results are consistent with the detection and positing of UHF method.However, the power frequency withstand voltage test and partial discharge test by pulsed current method to the basin-type insulator can meet the requirement of the factory test，indicating that the traditional detection method has its own limitations.In view of this situation, some suggestions are put forward, such as the extra high frequency partial discharge detection of basin-type insulators before leaving the factory, so as to improve the outgoing quality of the basin-type insulators.

GIS; live detection; UHF; disintegration; defect analysis

TM835

B

2096-3203(2017)06-0127-05

2017-06-21；

2017-07-30

國網(wǎng)江蘇省電力公司科技項目(5210EC14006Z)