GIS內(nèi)置特高頻傳感器現(xiàn)場運行典型缺陷及預(yù)防措施

王瑋,周秀

(國網(wǎng)寧夏電力有限公司電力科學(xué)研究院，寧夏 銀川 750011)

近年來，氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)在電網(wǎng)中的裝用量逐年攀升，為確保在運GIS設(shè)備的安全、平穩(wěn)運行，國網(wǎng)公司十八項反措規(guī)定220 kV及以上GIS應(yīng)安裝內(nèi)置特高頻傳感器[1]。內(nèi)置特高頻傳感器主要有圓環(huán)型、圓板型等，檢測頻帶范圍300 MHz～3 GHz。隨著GIS內(nèi)置特高頻傳感器裝用量增大，且傳感器自身質(zhì)量良莠不齊，圓板型內(nèi)置傳感器質(zhì)量問題引起懸浮電位缺陷[2]；內(nèi)置傳感器現(xiàn)場運行環(huán)境復(fù)雜，在長期運行工況下靈敏度性能下降[3]。由GIS內(nèi)置特高頻傳感器設(shè)計或密封墊工藝不良造成的漏氣故障占GIS設(shè)備故障比例較高[4]。

1 GIS內(nèi)置特高頻傳感器漏氣缺陷案例

1.1 密封墊圈未安裝到位缺陷

2015年6月20日，對某330 kV變電站GIS設(shè)備開展日常巡視時，發(fā)現(xiàn)1號主變A相出線氣室壓力表不正常，立即通知試驗人員開展SF6氣體紅外成像檢漏診斷性試驗，發(fā)現(xiàn)該氣室內(nèi)置特高頻傳感器接線盒處有SF6氣體泄漏現(xiàn)象，具體如圖1所示。

圖1 內(nèi)置特高頻傳感器紅外檢漏

GIS設(shè)備在運行過程中，GIS氣室管壁出現(xiàn)漏氣的概率較低(僅砂眼時)，重點應(yīng)對安裝密封墊或密封圈的部位開展排查。根據(jù)圖1內(nèi)置特高頻局放傳感器紅外檢漏及圖2設(shè)備結(jié)構(gòu)綜合分析，該內(nèi)置傳感器在安裝過程中未完全與氣室管壁壓緊而存有微小細縫，造成該處密封墊圈未完全壓平整，造成該處SF6氣體泄漏[5]。

圖2 內(nèi)置特高頻傳感器結(jié)構(gòu)

1.2 蓋板與局放探頭盒間密封不嚴缺陷

2017年1月10日，某330 kV變電站330 kV II母GM25 氣室報“GIS氣室低氣壓報警”信號?，F(xiàn)場核查發(fā)現(xiàn)，330 kV II母母線C 相8號間隔氣室氣壓已降至0.25 MPa。經(jīng)檢漏儀測試，在內(nèi)置特高頻局放傳感器蓋板處發(fā)現(xiàn)有漏氣現(xiàn)象，其SF6氣體泄漏量>5 000×10-7mL/s，存在較嚴重的氣體泄漏現(xiàn)象。

現(xiàn)場對拆下的局放蓋板進行檢查發(fā)現(xiàn)局放探頭盒表面有大量的銹跡，如圖3所示。根據(jù)現(xiàn)場檢查結(jié)果，漏氣原因為蓋板與局放探頭盒間未進行防水處理，且蓋板為水平布置。水平布置的局放探頭盒易積水，當(dāng)氣溫降至零度以下，積水的蓋板表面易結(jié)冰膨脹，可能導(dǎo)致局放探頭絕緣板受應(yīng)力，誘發(fā)絕緣板裂紋導(dǎo)致漏氣[6]。

圖3 局放探頭盒表面大量銹蝕痕跡

1.3 局放探頭和絕緣盆子間未密封缺陷

2018年1月25日，某220 kV變電站45215出線隔離開關(guān)低氣壓報警，經(jīng)現(xiàn)場核實隔離開關(guān)45215-3氣室壓力為0.35 MPa(額定壓力0.40 MPa、報警壓力0.35 MPa)。檢修人員立即對45215斷路器及隔離開關(guān)氣室開展SF6紅外檢漏試驗，發(fā)現(xiàn)45215-3隔離開關(guān)C相分支外殼安裝的內(nèi)置特高頻局放傳感器蓋板處有漏氣現(xiàn)象，如圖4所示。

圖4 60216斷路器氣室紅外檢漏成像

1月28日，對隔離開關(guān)45215-3的 C相氣室SF6氣體進行回收，回收后將45215-3隔離開關(guān)C相上部的GIS分支母線手孔打開，發(fā)現(xiàn)內(nèi)置特高頻傳感器的絕緣盆子有裂紋，此裂紋造成45215-3隔離開關(guān)C相局放探頭的蓋板處漏氣，如圖5所示。

圖5 局放傳感器內(nèi)部絕緣盆子斷裂

漏氣主要原因為傳感器的內(nèi)部特高頻局放探頭和絕緣盆子間的連接處未安裝密封墊圈，導(dǎo)致運行過程中水蒸氣進入到局放傳感器，造成局放傳感器內(nèi)部探頭生銹，水蒸氣進入絕緣盆子表面，隨著現(xiàn)場運行環(huán)境溫度下降致使絕緣盆子脹裂[7-8]，如圖6所示。

圖6 局放傳感器內(nèi)部探頭生銹

1.4 漏氣缺陷措施

(1)密封墊圈未安裝到位缺陷。應(yīng)加強相關(guān)工序的管控力度，并加大對安裝人員的培訓(xùn)力度，確保密封圈等關(guān)鍵部位的安裝質(zhì)量，確保設(shè)備在各類環(huán)境中運行平穩(wěn)。

(2)密封不嚴及未密封缺陷。應(yīng)加大對內(nèi)置特高頻傳感器出廠時的氣密性試驗檢測力度。同時，制造廠應(yīng)提供由環(huán)境溫差造成密封圈伸縮量的計算報告，確保設(shè)備在極寒等惡劣工況下不發(fā)生因密封問題造成的設(shè)備缺陷。

2 GIS內(nèi)置特高頻傳感器懸浮放電缺陷案例

2.1 缺陷概述

2016年4月7日，對某±800 kV換流站開展投運后1個月內(nèi)首次例行帶電測試時，特高頻局放檢測發(fā)現(xiàn)330 kV GIS II母B相(33211隔離開關(guān)間隔)有異常的放電信號。

2.2 特高頻局放檢測情況

檢測到異常的特高頻局放信號后，立即接入同步信號源，對該異常信號相位進行準(zhǔn)確判斷。在圖7的PRPD及PRPS發(fā)現(xiàn)工頻周期內(nèi)呈現(xiàn)兩簇(即一大一小)明顯的放電脈沖信號，初步判斷存在疑似的懸浮放電信號[6]。

圖7 特高頻局部放電圖譜

2.3 超聲波局放檢測情況

為進一步確定該疑似懸浮放電信號，對330 kV GIS II母B相(33211隔離開關(guān)間隔)附近開展超聲波局部放電檢測，并檢測到異常超聲波局放信號，圖8的連續(xù)圖譜表征為100 Hz相關(guān)性大于50 Hz相關(guān)性，圖9的相位圖譜表征為1個工頻周期內(nèi)呈現(xiàn)兩簇信號，綜合判斷該處存在懸浮放電缺陷特征[9]。

圖8 超聲波局部放電連續(xù)圖譜

圖9 超聲波局部放電相位

2.4 時差定位法

對于存在的懸浮電位放電信號，運用時差定位法進行精準(zhǔn)定位，①、②、③分別代表圖10中GIS的A、B、C相，圖11可知①的特高頻信號超前②和③的特高頻局放信號，此懸浮放電信號位于①處，該處為內(nèi)置式特高頻傳感器布置點[10-11]。

圖10 特高頻傳感器布置

圖11 各特高頻傳感器時差定位法

2.5 原因分析

經(jīng)帶電測試的局放圖譜和現(xiàn)場設(shè)備結(jié)構(gòu)的檢查，該異常缺陷是由GIS設(shè)備的內(nèi)置特高頻傳感器外接信號接口的安裝工藝不良造成的懸浮電位放電。

2.6 懸浮放電措施

根據(jù)懸浮電位放電原因，結(jié)合內(nèi)置傳感器自身結(jié)構(gòu)特點，在不改變傳感器原有結(jié)構(gòu)的前提下，通過在內(nèi)置特高頻傳感器連接法蘭與接口座增加等電位連接線，消除本案例懸浮電位缺陷。

3 結(jié) 論

(1)特高頻內(nèi)置傳感器在變電站現(xiàn)場運行中最突出的問題為漏氣和懸浮電位放電缺陷，且漏氣缺陷占比較大。這兩類缺陷主要與制造廠的生產(chǎn)工藝及寧夏地區(qū)極寒等極端天氣關(guān)系較大，廠家應(yīng)加大極寒等運行工況下傳感器狀態(tài)研究工作，運行單位應(yīng)加大極寒等極端天氣下的設(shè)備巡視力度，有必要時可借助SF6紅外檢漏測試儀等先進設(shè)備開展巡視，便于快速、精準(zhǔn)查找漏氣部位。

(2)特高頻局放檢測易于捕捉懸浮電位放電信號，有時也受其它干擾信號的影響，應(yīng)與超聲波局放檢測相結(jié)合排除干擾信號，時差定位法有助于在現(xiàn)場復(fù)雜的電磁場環(huán)境下精準(zhǔn)定位缺陷位置，需綜合運用各種帶電檢測手段來查找設(shè)備缺陷。