GIS設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)閃絡(luò)定位技術(shù)研究

董偉

摘 要：文章介紹了GIS設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)閃絡(luò)時(shí)超聲波定位檢測(cè)技術(shù)，并以500 kV GIS交流耐壓試驗(yàn)時(shí)的多處放電故障為定位實(shí)例，重點(diǎn)介紹了放電故障超聲波定位的流程和分析方法，并確定故障的原因是盆式絕緣子沿面閃絡(luò)。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)；超聲波；閃絡(luò)定位

中圖分類號(hào)：TM595 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）03-0154-01

1 GIS設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)閃絡(luò)定位技術(shù)介紹

GIS設(shè)備以其具有的良好的密封性能、不易受到環(huán)境影響、占地面積較小、檢修和維護(hù)簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)，在各國(guó)的變電站中都有著廣泛的應(yīng)用。但是GIS設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中容易受到因惡劣氣候環(huán)境、電力系統(tǒng)故障、設(shè)備自身制造工藝缺陷的影響而發(fā)生沿面閃絡(luò)，導(dǎo)致發(fā)生絕緣擊穿，嚴(yán)重危害電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。本文通過超聲波技術(shù)對(duì)GIS設(shè)備的絕緣缺陷進(jìn)行了檢測(cè)，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)因絕緣缺陷產(chǎn)生的閃絡(luò)和絕緣擊穿故障點(diǎn)的精確定位。

2 超聲波定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

超聲波定位檢測(cè)系統(tǒng)主要由超聲波傳感器陣列、信號(hào)處理模塊、無線傳輸模塊、無線接收模塊和數(shù)據(jù)分析模塊等幾部分構(gòu)成。超聲波傳感器的安裝位置為斷路器和母線，每個(gè)斷路器上都會(huì)安放一個(gè)，而母線上按照每隔15m放置的標(biāo)準(zhǔn)來布置，系統(tǒng)總的傳感器數(shù)量為16個(gè)。信號(hào)處理模塊的作用是將傳感器采集到的超聲波信號(hào)進(jìn)行濾波放大處理，并且進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，之后通過無線傳輸模塊將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸至無線接收模塊，并應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行超聲波信號(hào)的同步和傳輸。無線接收模塊的作用是接收數(shù)字超聲波信號(hào)，采用射頻接收天線進(jìn)行接收。數(shù)據(jù)分析模塊的作用是對(duì)所有傳感器上的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)和分析。超聲波陣列信號(hào)的監(jiān)測(cè)會(huì)和耐壓試驗(yàn)同步開啟，在耐壓試驗(yàn)結(jié)束之后，可以回放試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而能夠?qū)υ囼?yàn)過程中各階段的超聲波信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)的分析，從而能夠?qū)IS設(shè)備是否存在安全隱患做出準(zhǔn)確的判斷。另外，由于GIS設(shè)備不僅會(huì)在局放時(shí)會(huì)產(chǎn)生聲波，還存在電磁振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)等發(fā)出的聲波，因此需要進(jìn)行排除，這些聲波一般在10kHz以下，并且因?yàn)楦哳l信號(hào)的衰減較快，檢測(cè)得到的聲波含低頻分量較多，為了有效檢測(cè)出超聲波信號(hào)，本定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的頻段在20～200kHz左右，本系統(tǒng)的靈敏度在0.01mV左右。

3 現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)閃絡(luò)定位裝置

本裝置針對(duì)500kVGIS進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)過程時(shí)進(jìn)行閃絡(luò)定位，加壓程序按照規(guī)程進(jìn)行，具體為318kV（老練15min）-666kV（740kV×90%，1min）-349kV（測(cè)量斷路器處局放），在上述過程中如果沒有出現(xiàn)放電擊穿，則表示此GIS設(shè)備成功通過了耐壓試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)域的電壓頻率為77Hz。

在進(jìn)行II母B相、電壓升至666kV持續(xù)5s后發(fā)生了放電擊穿故障。通過超聲波獲得的數(shù)據(jù)如圖1所示：

從圖1中可以看出，監(jiān)測(cè)點(diǎn)2處采集的超聲波信號(hào)幅值最大，而監(jiān)測(cè)點(diǎn)1、3超聲波信號(hào)較小，監(jiān)測(cè)點(diǎn)5、6、7三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均檢測(cè)到了超聲信號(hào)，并且在監(jiān)測(cè)點(diǎn)6、7采集到的信號(hào)很強(qiáng)，但是信號(hào)脈沖持續(xù)時(shí)間比較短。

從接收到的超聲波數(shù)據(jù)和超聲波信號(hào)傳播衰減規(guī)律分析從以上情況得出以下觀點(diǎn)：放電擊穿點(diǎn)最可能在號(hào)脈沖最強(qiáng)且持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)處，而監(jiān)測(cè)點(diǎn)5、6、7處信號(hào)脈沖持續(xù)時(shí)間比較短，并且監(jiān)測(cè)點(diǎn)8并沒有接收到超聲波信號(hào)，可以判斷信號(hào)并不是通過GIS內(nèi)部傳播的，因此認(rèn)為監(jiān)測(cè)點(diǎn)5、6、7接收到的信號(hào)是由于超聲波向環(huán)境空間傳輸。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置進(jìn)行進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)2離監(jiān)測(cè)點(diǎn)5、6、7的直線空間距離最近，并且無遮擋，從而空間聲波容易傳播至監(jiān)測(cè)點(diǎn)5、6、7處。得到上述分析結(jié)果之后，為了更準(zhǔn)確的對(duì)故障氣室進(jìn)行定位，在增加II母B相懷疑放電擊穿故障處附近的超聲波傳感器布置密度后，又一次進(jìn)行試驗(yàn)。

在第二次試驗(yàn)中，當(dāng)電壓升至289kV時(shí)，又一次出現(xiàn)了放電擊穿故障，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的超聲波監(jiān)測(cè)信號(hào)如圖2所示。

從圖2中可以看出，監(jiān)測(cè)點(diǎn)1傳感器信號(hào)幅值最大，這和第一次試驗(yàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)2傳感器信號(hào)幅值最大的結(jié)果有所不同，兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)之間距離約18m，可以認(rèn)為這次故障是傳感器1附近的另一放電故障所引起的。因此為了為進(jìn)一步確認(rèn)放電故障氣室，在超聲波傳感器布置不變的情況下再次進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，放電擊穿電壓與第二次電壓相近，超聲波監(jiān)測(cè)信號(hào)也和圖2相近。

根據(jù)上述試驗(yàn)情況，為了確定故障原因，對(duì)以上兩個(gè)懷疑放電故障氣室進(jìn)行解體，得到一下信息：在監(jiān)測(cè)點(diǎn)2所在的氣室內(nèi)發(fā)現(xiàn)高壓導(dǎo)體對(duì)外殼腔體放電，并且在高壓導(dǎo)體上發(fā)現(xiàn)了明顯的放電撞擊的凹痕。通過分析認(rèn)為可能是腔體內(nèi)金屬顆粒物在外電場(chǎng)作用下在腔體內(nèi)跳動(dòng)，當(dāng)金屬顆粒物離高壓導(dǎo)體或腔體外殼較近時(shí)，在其兩側(cè)產(chǎn)生微弱的局放，隨著電壓繼續(xù)升高，導(dǎo)致局部放電變成了流注或先導(dǎo)放電，最終造成了放電擊穿故障的發(fā)生。對(duì)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行解體分析之后，在靠近盆式絕緣子的高壓導(dǎo)體屏蔽罩上發(fā)現(xiàn)一明顯放電撞擊留下的凹痕，同時(shí)在其周邊發(fā)現(xiàn)了圓形黑色的放電燒蝕痕跡，該盆式絕緣子也因多次重復(fù)的耐壓而留下閃絡(luò)通道。通過分析認(rèn)為第一次耐壓試驗(yàn)異物所引起的場(chǎng)強(qiáng)畸變沒有達(dá)到放電擊穿所需的標(biāo)準(zhǔn)，并且在第二次試驗(yàn)中異物在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生了位移，并在電壓達(dá)到一定程度后引發(fā)了放電擊穿，并且在高壓屏蔽罩和盆式絕緣子表面延伸發(fā)展，導(dǎo)致盆式絕緣子同時(shí)發(fā)生表面閃絡(luò)。

4 結(jié)語(yǔ)

文章通過GIS設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)閃絡(luò)時(shí)使用超聲波定位檢測(cè)技術(shù)成功定位了多次GIS交流耐壓時(shí)放電擊穿故障，并且確定故障原因是盆式絕緣子沿面閃絡(luò)，分析認(rèn)為是絕緣子表面異物易于改變表面電阻分布、畸變電場(chǎng)、積聚電荷，易于放電通道的發(fā)展貫穿。通過試驗(yàn)研究證明，本文提出的超聲波閃絡(luò)定位檢測(cè)裝置，能夠有效的對(duì)GIS設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)中的閃絡(luò)問題進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并解決，對(duì)保證GIS設(shè)備的正常運(yùn)行具有重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]邵先軍，何文林，徐華，等.550kVGIS現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)下放電故障的定位與分析研究[J].高壓電器，2014（11）：30-37.