一起HGIS設(shè)備懸浮放電缺陷分析

唐佳能，郎業(yè)興，劉佳鑫，周桂平

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

GIS(gas insulated switchgear)指全部或者部分采用絕緣氣體而不用大氣壓下的空氣作為絕緣介質(zhì)的金屬封閉式開關(guān)設(shè)備[1]。隨著電網(wǎng)往高電壓、大容量、集約化等方向發(fā)展，同時對供電可靠性和安全穩(wěn)定運(yùn)行要求的提升，GIS組合電器類設(shè)備正越來越被各級電網(wǎng)特別是特高壓電網(wǎng)使用。但近年來隨著GIS數(shù)量的增多，生產(chǎn)工藝不良、安裝調(diào)試不當(dāng)、運(yùn)行維護(hù)不周等原因引起的GIS停電事故越來越多，對電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響越來越大[2-5]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在不同缺陷引發(fā)的GIS故障中，微粒及異物占20%，接觸不良占29%，絕緣子缺陷占10%，導(dǎo)體尖刺占5%，其他占36%。實(shí)際運(yùn)行過程中，因接觸不良引起懸浮放電，導(dǎo)致GIS設(shè)備短路的事件時有發(fā)生[6]。如何及時發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確定位這些缺陷，避免設(shè)備發(fā)生跳閘事故，已成為提高GIS可靠性的關(guān)鍵。利用超聲波和特高頻檢測法，發(fā)現(xiàn)一起典型的GIS開關(guān)氣室懸浮放電缺陷，并通過解體驗(yàn)證，為GIS絕緣缺陷的診斷積累了經(jīng)驗(yàn)。

1 事件概述

2016年，某500 kV變電站運(yùn)行人員在巡視時發(fā)現(xiàn)220 kV HGIS 2203間隔C相開關(guān)氣室母線側(cè)TA有異響。運(yùn)行人員上報(bào)后試驗(yàn)人員立即對該設(shè)備開展帶電檢測工作，發(fā)現(xiàn)220 kV場區(qū)3號主變2203間隔C相開關(guān)氣室超聲波、特高頻局部放電檢測數(shù)據(jù)異常，診斷該處異常疑似氣室內(nèi)部金屬部件與導(dǎo)體之間、金屬部件之間接觸不良或螺栓松動引起的嚴(yán)重懸浮電位放電。通過傳感器進(jìn)行定位，放電信號源在斷路器與母線之間連接的TA筒位置如圖1所示。

圖1 缺陷位置示意圖

2 檢測情況

檢測人員對該氣室開展了超聲波局放檢測、特高頻局放檢測及SF6分解產(chǎn)物檢測，其中超聲波與特高頻均檢測到疑似放電信號，SF6分解產(chǎn)物檢測未發(fā)現(xiàn)異常，具體檢測情況如下。

2.1 特高頻局放檢測

電力設(shè)備發(fā)生局部放電時的電流脈沖能在內(nèi)部激勵頻率高達(dá)數(shù)GHz的電磁波，特高頻局部放電檢測技術(shù)就是通過檢測這種電磁波信號來實(shí)現(xiàn)局部放電檢測[7]。該型號HGIS開關(guān)氣室有內(nèi)置傳感器，且盆式絕緣子為全金屬封閉結(jié)構(gòu)留有澆注孔，均可作為特高頻局放的檢測部位，本次檢測位置示意圖如圖2所示。

檢測位置1、2檢測圖譜如圖3、圖4所示。

2.2 超聲波局放檢測

超聲波局放檢測點(diǎn)分布見圖5，其中3、4、6點(diǎn)在氣室的底部位置。各測點(diǎn)超聲波測試數(shù)據(jù)如表1所示。

圖2 特高頻檢測點(diǎn)實(shí)際位置圖

圖3 2203 C相開關(guān)氣室檢測位置1特高頻局放圖譜

圖4 2203 C相開關(guān)氣室檢測位置2特高頻局放圖譜

圖5 超聲波檢測位置圖

檢測位置有效值周期峰值50Hz相關(guān)性100Hz相關(guān)性背景01.550.050.1測點(diǎn)175350520測點(diǎn)21506001030測點(diǎn)31507001550測點(diǎn)418012902585測點(diǎn)51406001560測點(diǎn)61205501545測點(diǎn)755250515

由表1可知，2023 C相開關(guān)氣室存在超聲波異常信號，50 Hz和100 Hz頻率相關(guān)性非常明顯，且100 Hz相關(guān)性遠(yuǎn)大于50 Hz相關(guān)性，有效值、峰值遠(yuǎn)大于背景值。測點(diǎn)1-4呈明顯增大的趨勢，測點(diǎn)4-7呈明顯減小的趨勢，測點(diǎn)4的左側(cè)由于有加熱裝置，無法向左繼續(xù)檢測，初步判斷放電源在測點(diǎn)3與4之間。

圖6為檢測點(diǎn)3超聲波檢測連續(xù)圖譜及相位圖譜，連續(xù)圖譜100 Hz相關(guān)性非常明顯，相位圖譜表現(xiàn)為明顯的2簇，具有典型的懸浮電位放電特征。檢測時選用前置傳感器，放大器倍數(shù)為×100，即40 dB。

(a)測點(diǎn)4連續(xù)模式圖譜

(b)測點(diǎn)4相位模式圖譜圖6 測點(diǎn)3超聲檢測圖譜

2.3 SF6分解產(chǎn)物檢測

對2203 C相開關(guān)氣室進(jìn)行氣體成分檢測，檢測數(shù)據(jù)如表2所示，測試結(jié)果顯示該氣室分解產(chǎn)物無異常。一般局部放電產(chǎn)生的SF6分解產(chǎn)物含量較少，因此分解產(chǎn)物法對局部放電的反應(yīng)不如超聲波法和特高頻法靈敏。

表2 SF6分解產(chǎn)物測試結(jié)果

2.4 故障點(diǎn)定位分析

為了進(jìn)一步確定該氣室的放電情況，檢測人員利用特高頻時差法進(jìn)行了定位分析，傳感器擺放位置如圖7所示，傳感器定位的時差關(guān)系如圖8所示。

圖7 傳感器布置示意圖

圖8 特高頻傳感器定位時差關(guān)系

從圖8可以看出，1號位置傳感器接收信號超前2號位置傳感器2.76 ns，且2號位置傳感器接收的信號幅值通過2個盆式絕緣子有明顯的衰減。通過時差關(guān)系計(jì)算，局放源的位置在開關(guān)與TA連接部位。

3 解體檢查

對TA筒進(jìn)行現(xiàn)場解體，TA與斷路器接筒分離后，在筒體底部發(fā)現(xiàn)大量由于放電產(chǎn)生的金屬粉塵顆粒，取掉壓環(huán)后，壓環(huán)與鋁壓板相接部位有一道十幾厘米長的黑色痕跡為懸浮放電導(dǎo)致的燒蝕痕跡，如圖9所示。

圖9 解體后發(fā)現(xiàn)的放電痕跡

接筒法蘭與壓環(huán)、壓板、8-M12螺栓、絕緣墊5個元件構(gòu)成TA二次繞組的固定系統(tǒng)。TA二次繞組緊固的方法是調(diào)整螺栓擰入壓板，螺栓前端頂?shù)嚼@組上面的絕緣墊上，通過控制螺栓的擰入力矩(設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)50 N·m)，便可使壓環(huán)與接筒法蘭、壓環(huán)與壓板等之間夾緊，二次繞組被緊固螺栓固定。壓環(huán)還起到使屏蔽罩通過筒體外殼接地的作用。

4 缺陷原因分析

本次異常的直接原因是TA二次繞組固定金屬壓環(huán)與金屬壓板之間存在微小間隙，造成屏蔽罩產(chǎn)生懸浮電位發(fā)生局部放電，引起震動異響，導(dǎo)致接觸不良的原因是8只M12調(diào)整螺栓緊固力矩不足。另一方面，由于局部放電，導(dǎo)致放電處的SF6氣體與金屬發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生了黑色粉末。該電流互感器結(jié)構(gòu)從斷路器側(cè)向母線側(cè)依次分別為半封閉壓環(huán)、金屬壓板、絕緣壓板、橡膠墊、TA繞組，如圖10所示。TA繞組經(jīng)由金屬壓板上的微調(diào)螺栓壓緊，半封閉壓環(huán)，全圓周不等高，個別位置厚度較低，與金屬壓板之間有縫隙，部分微調(diào)螺栓已經(jīng)旋轉(zhuǎn)到底沒有余量，分析認(rèn)為微調(diào)螺栓長度不足，不能起到應(yīng)有的調(diào)節(jié)緊固作用，造成半封閉壓環(huán)與金屬壓板之間接觸不牢固，運(yùn)行中發(fā)生懸浮放電。由此看來，本次缺陷發(fā)生的根本原因還是設(shè)備制造廠在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝管控上存在問題。

圖10 電流互感器結(jié)構(gòu)示意圖

5 結(jié)論

a. 廠家在設(shè)計(jì)上不合理、 零部件加工和裝配過程中的疏忽，會嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

b. 定期開展局部放電檢測，能夠及時有效發(fā)現(xiàn)GIS絕緣缺陷，是了解設(shè)備運(yùn)行狀況、確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的有效技術(shù)監(jiān)督手段。

c. 采用超聲波、特高頻聯(lián)合局放檢測手段，并通過時差分析，可準(zhǔn)確定位局放源所在位置。

d. 與超聲波、特高頻局放檢測相比，SF6氣體檢測具有明顯滯后的特點(diǎn)，可作為輔助檢測手段。

[1] 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備技術(shù)條件：DL/T 617—2010 [S].

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