一起GIS設(shè)備發(fā)熱故障分析

張金崗　林俊年

摘要：GIS的異常發(fā)熱可分為內(nèi)部發(fā)熱和外部發(fā)熱兩大類，內(nèi)部發(fā)熱主要有母線導(dǎo)體接觸不良導(dǎo)致發(fā)熱以及盆式絕緣子或支柱絕緣子絕緣下降導(dǎo)致發(fā)熱兩類。內(nèi)部發(fā)熱故障一直是GIS設(shè)備安全運行的最大隱患之一，能不能有效地發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部發(fā)熱缺陷也是帶電檢測工作的難點。GIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)熱故障可引起本體爆炸，危及整座變電站甚至電網(wǎng)的安全運行。本文結(jié)合一起GIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)熱故障案例，分析了故障發(fā)生的原因、過程，提出了由于內(nèi)部發(fā)熱導(dǎo)致GIS故障的有效防范措施。

關(guān)鍵詞： 故障;紅外檢測;GIS;帶電檢測;設(shè)備發(fā)熱

中圖分類號：TM595?????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

引言

通常所說的高壓組合電器，一般是指封閉式高壓組合電器，即氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備，簡稱GIS，它將各種控制和保護(hù)電器，包括斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、連接母線等全部封裝在接地的金屬殼體內(nèi)，殼內(nèi)充以一定壓力的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，并按一定接線方式組合構(gòu)成的開關(guān)設(shè)備^[1]。

GIS的異常發(fā)熱可分為內(nèi)部發(fā)熱和外部發(fā)熱兩大類，內(nèi)部發(fā)熱主要有母線導(dǎo)體接觸不良導(dǎo)致發(fā)熱以及盆式絕緣子或支柱絕緣子絕緣下降導(dǎo)致發(fā)熱兩類。GIS在投運后，目前由于對電路接觸情況缺乏有效監(jiān)測手段，因此不可忽略GIS內(nèi)部發(fā)熱問題。導(dǎo)體接頭接觸不良，將直接影響GIS運行中通流能力，在運行中產(chǎn)生不允許的溫升，甚至使局部燒熔，最終造成設(shè)備故障^[1]。

1 紅外檢測診斷診斷電氣設(shè)備運行狀態(tài)的原理

由于電氣設(shè)備的工作狀態(tài)與熱有著密切的聯(lián)系，不同類型的故障包括接觸不良、絕緣劣化等都會以發(fā)熱升溫的形式表現(xiàn)出來。利用熱效應(yīng)進(jìn)行絕緣診斷通常采用非接觸式紅外熱像法或各種類型的接觸式溫度傳感器法，其中紅外熱診斷技術(shù)是一種在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的帶電檢測技術(shù)，可以說凡是能產(chǎn)生溫度效應(yīng)的設(shè)備故障都可應(yīng)用紅外檢測方法做出診斷。紅外檢測采用遠(yuǎn)紅外非接觸測溫技術(shù)，能滿足電氣設(shè)備在高電壓、大電流、高溫等運行狀態(tài)下實時檢測溫度的要求，具有效率高、判斷準(zhǔn)確、圖像直觀、安全可靠、不受電磁干擾等特點，已成為電氣設(shè)備狀態(tài)檢查的必備手段^[2，3]。

2 紅外檢測診斷GIS運行狀態(tài)的理論分析

紅外檢測分為一般檢測和精確檢測。對于GIS外部殼體及連接件的發(fā)熱缺陷，一般檢測即可滿足要求;對于GIS內(nèi)部的發(fā)熱缺陷，雖然可通過熱輻射、對流等形式反映到殼體上，但其在殼體上產(chǎn)生的熱效應(yīng)十分有限，檢測難度很大，必須采用精確測溫才能發(fā)現(xiàn)。

GIS內(nèi)部過熱缺陷以導(dǎo)體接觸不良為主。雖然內(nèi)部導(dǎo)體接觸不良屬于電流制熱型缺陷，但是由于其內(nèi)部產(chǎn)生的紅外線無法直接傳出，只能通過內(nèi)部發(fā)熱傳導(dǎo)到殼體、引起殼體溫度分布改變來進(jìn)行紅外檢測。一般情況下，當(dāng)GIS 內(nèi)部存有因接觸不良引起的發(fā)熱缺陷時，由于在GIS內(nèi)部充有SF₆氣體，在發(fā)熱狀態(tài)下，受到加熱的氣體會在缺陷部位的內(nèi)部筒壁上端集中，這樣在紅外檢測時，通過精確檢測可以發(fā)現(xiàn)相對應(yīng)的GIS外殼溫度的變化。

3 案例分析

3.1 220kV GIS內(nèi)部發(fā)熱缺陷發(fā)現(xiàn)過程

某500kV變電站220kV GIS設(shè)備，型號ZF11-252/4000-50， 2006年5月27日投入運行，屬于戶外設(shè)備。2014年8月13日，檢修人員紅外檢測時發(fā)現(xiàn)220kV分段II 22F開關(guān)A相CT與22F-B刀閘之間的GIS設(shè)備本體異常發(fā)熱，最高溫度為45.4℃（圖1），并向四周發(fā)散發(fā)熱，比此段GIS筒體底部溫度高出6.2 ℃?，F(xiàn)場初步分析為溫度最高點部位對應(yīng)盆式絕緣子接頭處內(nèi)部導(dǎo)電體接觸不良發(fā)熱，立即申請停電處理。經(jīng)批準(zhǔn)，當(dāng)天22點33分溫度異常設(shè)備轉(zhuǎn)檢修。

2014年8月14日，檢修人員現(xiàn)場對分段II 22F間隔進(jìn)行診斷試驗分析，分別包括回路電阻、X光透視等檢查項目。

3.1.1 回路電阻試驗

試驗人員從接地刀閘22F-D5至22F-D6之間進(jìn)行回路電阻測試，測試結(jié)果：A相：643μΩ、B相：376μΩ、C相：354μΩ，出廠規(guī)定值為不大于396μΩ。

3.1.2 X光透視檢查

試驗人員對發(fā)熱缺陷部位進(jìn)行X光透視檢查，檢查結(jié)果未見異常。

由以上停電檢查情況分析，220kV分段II 22F開關(guān)A相CT與22F-B刀閘之間發(fā)熱缺陷對應(yīng)的回路電阻試驗數(shù)據(jù)為643μΩ，遠(yuǎn)大于出廠值要求，可初步判斷為該段GIS內(nèi)部導(dǎo)電部分有接觸不良缺陷發(fā)生，需進(jìn)一步解體檢查。

3.2 解體檢查及預(yù)防措施

3.2.1 現(xiàn)場解體檢查

檢修人員經(jīng)過現(xiàn)場對220kV分段II 22F開關(guān)A相CT與22F-B刀閘之間GIS本體解體發(fā)現(xiàn)，缺陷位置有兩處，分別是：a、觸指與導(dǎo)電桿接觸不均勻;b、電連接導(dǎo)電座與小觸指座接觸不良。

3.2.1.1 觸指與導(dǎo)電桿接觸不均勻

檢查電連接觸指有發(fā)黑痕跡，應(yīng)為裝配時涂抹的導(dǎo)電膏在觸指導(dǎo)流作用下受熱焦化發(fā)黑。現(xiàn)場檢查發(fā)黑觸指分布集中在底部下端，判斷該位置觸指與導(dǎo)電桿接觸不均勻。

3.2.1.2 電連接導(dǎo)電座與小觸指座接觸不良

經(jīng)過進(jìn)一步對缺陷段GIS解體檢查，對電連接內(nèi)部的螺栓重新打力矩，發(fā)現(xiàn)有3個螺栓力矩未達(dá)到25N·m要求，導(dǎo)致導(dǎo)電膏在設(shè)備運行時受熱不均并燒蝕凝固發(fā)黑。

3.2.2 預(yù)防措施

綜合以上缺陷GIS現(xiàn)場解體檢查判斷分析，電連接導(dǎo)電座與小觸座螺栓壓接不緊是導(dǎo)致接觸不良發(fā)熱的主要原因，另外由于早期制造工藝原因，觸指不能與導(dǎo)電桿有效全部接觸，導(dǎo)致電流不能均勻通過觸指，造成局部觸指發(fā)熱，最終導(dǎo)致該段GIS外部殼體溫度異常。針對此類GIS設(shè)備紅外檢測溫度異常缺陷，公司立即安排了對該設(shè)備制造廠家同一批次設(shè)備的安全隱患排查工作，包括工作如下：

a.加強GIS設(shè)備紅外精確測溫，掌握其運行狀態(tài);

b.通知廠家應(yīng)采取措施，改進(jìn)制造安裝工藝，避免此類問題缺陷的再次發(fā)生;

c.在設(shè)備檢修過程中對接頭的處理將更具針對性，保證檢修質(zhì)量，避免日后出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。

4 結(jié)語

對于GIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)熱缺陷的判斷，不能簡單通過表面溫度法進(jìn)行判斷。應(yīng)根據(jù)同組三相設(shè)備、同相設(shè)備之間及同類設(shè)備之間對應(yīng)部位的溫差進(jìn)行比較分析，并根據(jù)同類設(shè)備的正常狀態(tài)和異常狀態(tài)的熱像圖，判斷設(shè)備是否正常。通常由于GIS殼體發(fā)熱等因素的存在，給內(nèi)部發(fā)熱的判斷造成很大干擾，此時可以通過紅外熱像圖特征加以判斷。GIS罐體感應(yīng)電流發(fā)熱主要集中在法蘭連接處，熱像在罐體圓周較均勻或集中在固定螺栓、法蘭跨接短路片處;而內(nèi)部導(dǎo)體發(fā)熱時，水平放置的GIS 結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部氣體的對流散熱過程會受到重力作用的影響，造成沿截面圓周上的溫度分布不均勻，溫度最高點一般在圓周最高點，圓周最下方有溫度最低點。另外，由于內(nèi)部發(fā)熱，使得SF6壓力增大，可結(jié)合SF6密度繼電器的壓力變化來判斷是否為內(nèi)部故障。該案例充分說明紅外熱成像檢測技術(shù)能夠行之有效的發(fā)現(xiàn)設(shè)備過熱缺陷。

參 考 文 獻(xiàn)

1. 劉洪正.高壓組合電器[M].北京：中國電力出版社，2014.3.?
2. 陳安偉.輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修[M].北京：中國電力出版社，2012.
3. 陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗方法及診斷技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社， 2009.