220 kV GIS 母線快速接地開關(guān)異響診斷

喬勝亞，朱 晨，李光茂，楊 森，周鴻鈴

（廣東電網(wǎng)有限責任公司廣州供電局，廣州 510410）

0 引言

GIS（氣體絕緣全封閉組合電器）內(nèi)部絕緣缺陷和機械類故障是影響設(shè)備安全可靠運行的重要因素[1-3]。GIS 母線快速接地開關(guān)作為接地開關(guān)的一類重要設(shè)備[4-6]，除了有在斷路器重合閘前能消除潛供電弧的作用外，還有一個作用就是當GIS內(nèi)部出現(xiàn)短路接地時，在母線管里會產(chǎn)生強烈的電弧，它可以在很短的時間里將外殼燒穿，或者發(fā)生母線管爆炸[7-9]。為了能及時切斷電弧電源，通過快速接地開關(guān)人為地使電路直接接地，通過繼電保護裝置將斷路器跳閘，從而切斷故障電流，保護設(shè)備不致?lián)p傷過大[10]。

運行人員在巡查時發(fā)現(xiàn)220 kV GIS 母線快速接地開關(guān)A 及B 均有異響，接地開關(guān)A 聲音有間歇性，試驗專業(yè)立即組織專業(yè)診斷。本文對該GIS 母線快速接地開關(guān)進行5 種方法的檢測和定位，總結(jié)了GIS 設(shè)備在缺陷排查和故障定位等方面的經(jīng)驗，為后續(xù)同類型設(shè)備的運維工作提供參考和指導。

1 前期分析

1.1 GIS 母線快速接地開關(guān)基本信息

GIS 母線快速接地開關(guān)基本技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 GIS 母線快速接地開關(guān)信息

1.2 帶電測試

在發(fā)現(xiàn)異響后，當天開展了帶電測試，結(jié)果顯示超聲信號接地開關(guān)A 間隔處最大幅值為45 mV 左右，接地開關(guān)B 間隔處最大幅值為80 mV左右，對相連母線進行超聲局放檢測發(fā)現(xiàn)無明顯局放信號。由現(xiàn)場帶電測試可知，僅通過超聲信號檢測無法判斷是否為內(nèi)部放電，且準確定位困難。為了進一步明確異響來源和定位，試驗人員開展缺陷診斷排查和故障異響定位。

2 缺陷診斷排查

2.1 排查思路

本次220 kV GIS 母線快速接地開關(guān)缺陷診斷步驟如下：第一步采用超聲波檢測、特高頻檢測對異響信號源范圍進行核實，縮小異響源區(qū)域；第二步采用特高頻檢測對異響信號源范圍進行核實，檢測是否有相位特征，初步判斷異響性質(zhì)和區(qū)域；第三步對疑似信號源氣室進行SF6分解物全組分分析，驗證判斷結(jié)論。

2.2 超聲測試

現(xiàn)場采用pocket AE 超聲測試裝置對220 kV GIS 異響區(qū)域進行測試。首先對220 kV GIS 室空間干擾信號進行測試，并對相連母線及相連TV（電壓互感器）等間隔其他氣室進行測試，未發(fā)現(xiàn)異常信號點，同時排除從主變等部位傳來異常信號的可能性；然后將異常超聲信號范圍逐步減少至快速接地開關(guān)A、快速接地開關(guān)B 氣室到母線連接位置段。對本段進行測試發(fā)現(xiàn)超聲信號主要集中在快速接地開關(guān)末端蓋外殼上。從接地開關(guān)末端外殼到母線衰減很快至消失。不同位置超聲測試數(shù)據(jù)如圖1 和圖2 所示。

圖1 接地開關(guān)A 超聲測試

圖2 接地開關(guān)B 超聲測試

測試當天在13:00 時的測試結(jié)果如表2 所示，測試結(jié)果為接地開關(guān)A 靠近接地開關(guān)截面位置中間位置信號最強（約45 dB），向兩側(cè)及母線側(cè)逐漸衰減至信號正常。接地開關(guān)B 整體信號弱于接地開關(guān)A，且分布規(guī)律不明顯（超聲幅值在30 dB左右），2個氣室測試超聲信號均與50 Hz 有較強的相關(guān)性。在17:00 時對上述2 個氣室進行復測，發(fā)現(xiàn)接地開關(guān)B 氣室信號減弱至20 dB 左右，典型超聲信號如圖3 和圖4（13:00 測試數(shù)據(jù)）所示。

圖3 接地開關(guān)A 典型超聲信號

圖4 接地開關(guān)B 典型超聲信號

表2 接地開關(guān)超聲測試結(jié)果

2.3 特高頻測試

現(xiàn)場利用特高頻局放檢測裝置對距離接地開關(guān)A/B 最近的絕緣盆子檢測特高頻局放信號，絕緣盆子位置位于接地開關(guān)連接母線的對側(cè)最近位置。由于是全屏蔽結(jié)構(gòu)，首先解開屏蔽預留口然后利用外置式特高頻傳感器進行測試，通過放大及濾波手段，測試結(jié)果顯示2 處氣室未發(fā)現(xiàn)明顯的相位特征，判斷為非局放信號。特高頻局放測試位置如圖5 所示。

圖5 接地開關(guān)附近的絕緣盆特高頻檢測

2.4 SF6 分解物全組分分析

利用便攜式SF6綜合分析儀對接地開關(guān)A/B氣室現(xiàn)場進行測試分析，同時利用激光光譜方法現(xiàn)場測試了氣室CF4含量，測試結(jié)果如表3 所示，氣體組分現(xiàn)場測試結(jié)果合格。現(xiàn)場進行取氣利用氦離子氣相色譜儀對氣體進行了全組分分析，也未見其他特征組分。

表3 快速接地開關(guān)A/B 氣室氣體組分

綜合超聲、特高頻和SF6分解物全組分分析各項測試結(jié)果，初步懷疑異響原因及超聲信號異常原因為快速接地開關(guān)機構(gòu)內(nèi)部振動導致。隨后重點對超聲信號源進行確認。

3 故障異響定位

3.1 定位思路

220 kV GIS 母線快速接地開關(guān)故障異響定位步驟如下：第一步利用220 kV GIS 內(nèi)置式特高頻傳感器進行復測；第二步借助聲學成像裝置進行驗證；第三步鎖定信號源并開蓋確認；第四步部署超聲重癥監(jiān)護系統(tǒng)進行在線監(jiān)測，對比超聲信號與負荷關(guān)系，進一步確認信號規(guī)律。

3.2 特高頻信號復測

利用ABB 廠家內(nèi)置式GIS 特高頻傳感器專用轉(zhuǎn)接頭（圖6）接入特高頻局放檢測裝置，對上述特高頻檢測的兩個位置進行復測，局放測試結(jié)果未見異常，徹底排除GIS 本體局放異常可能性。

圖6 內(nèi)置式特高頻傳感器測試局放

3.3 聲學成像裝置聲源檢測

采用聲源識別系統(tǒng)對聲源進行定位，基于聲陣列的聲成像技術(shù)采用傳聲器陣列進行聲信號的空間采樣，聲學照相機選用德國CAE 公司開發(fā)的Bionic XS plus 系列，該設(shè)備采樣頻率48 kHz，測量頻率范圍10 Hz～24 kHz。測試結(jié)果表明，聲源位置位于快讀接地開關(guān)A 機構(gòu)箱內(nèi)，聲音信號頻率在3.025～16.316 kHz 范圍內(nèi)最強，如圖7 所示。

圖7 220 kV GIS 接地開關(guān)A 氣室異響聲源識別結(jié)果

3.4 超聲信號源確認

根據(jù)該型號隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)（圖8），對快速接地開關(guān)A 相機構(gòu)保護蓋進行拆除，發(fā)現(xiàn)聲音來源于快速接地開關(guān)手動操作閉鎖滑塊與掛鎖裝置接觸位置，用手觸摸手動操作閉鎖滑塊聲音消失，同時快速接地開關(guān)殼體處超聲信號消失。

圖8 快速接地開關(guān)機構(gòu)

具體振動位置如圖9 和圖10 所示，取下機構(gòu)擋板觀測圖10 中位置2 即為手動操作閉鎖滑塊，分析手動操作閉鎖滑塊振動原因為變壓器及GIS 運行振動導致其共振所致。

圖9 快速接地開關(guān)機構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖10 異響信號源鎖定

3.5 異響源超聲重癥監(jiān)護結(jié)果

為進一步監(jiān)測接地開關(guān)A/B 氣室及相鄰位置的超聲信號規(guī)律，在現(xiàn)場對2 個氣室部署了PDM 208 超聲重癥監(jiān)護系統(tǒng)，進一步探究其發(fā)展規(guī)律。監(jiān)測周期為20 天。超聲重癥監(jiān)護系統(tǒng)傳感器布置位置如圖11 所示。

圖11 超聲重癥監(jiān)護系統(tǒng)布置

在監(jiān)測20 日期間，快速接地開關(guān)A/B 超聲監(jiān)測結(jié)果如圖12 所示，由于長期監(jiān)測過程中設(shè)置時最大測量值選擇了20 mV，超過20 mV 的監(jiān)測結(jié)果無法顯示。同時調(diào)取調(diào)度自動化系統(tǒng)統(tǒng)計相同20 日期間，快速接地開關(guān)A/B 的電流變化，研究超聲信號與運行負荷隨時間的變化規(guī)律，快速接地開關(guān)A/B 處節(jié)點電壓、電流如圖13 所示。

圖12 超聲重癥監(jiān)護系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果（監(jiān)測點2）

圖13 220 kV GIS 氣室相連母線電壓、節(jié)點電流變化

快速接地開關(guān)A 氣室監(jiān)測結(jié)果表明：監(jiān)測點2（隔離開關(guān)氣室本體）在監(jiān)測周期超聲信號峰值（每天）除個別天外均超過20 mV，在第8 天到11天內(nèi)每天的監(jiān)測超聲信號最小值基本在20 mV以上，信號最弱時間出現(xiàn)在第15 天到第16 天，該時間段內(nèi)信號最大幅值低于20 mV；監(jiān)測點1（快速接地開關(guān)A 氣室與母線連接位置）與監(jiān)測點1 對比趨勢一致，信號明顯減弱，符合超聲信號擴散規(guī)律。

快速接地開關(guān)B 氣室監(jiān)測結(jié)果表明：監(jiān)測點3（隔離開關(guān)氣室本體）整個監(jiān)測周期超聲信號峰值除第一天信號可達20 mV 以外，其他時間信號峰值最大不超過10 mV，且多數(shù)時間在5 mV 左右。

對比不同時間超聲信號與負荷關(guān)系發(fā)現(xiàn)超聲信號與電壓相關(guān)性不大，且由于接地開關(guān)B 整個監(jiān)測周期電流隨時間變化不大，無明顯的電流與超聲信號對應(yīng)規(guī)律。對于快速接地開關(guān)A 氣室可以發(fā)現(xiàn)在第14～16 天期間，節(jié)點電流有明顯下降，而此時的超聲信號也存在對應(yīng)下降趨勢，第16 天后運行電流和超聲信號也均呈現(xiàn)上升趨勢。由于超過20 mV 部分無法觀測且其他時間段電流信號較為穩(wěn)定，規(guī)律也有待與進一步挖掘。綜合分析可得接地開關(guān)A 處節(jié)點超聲信號與運行電流信號存在一定正相關(guān)性。

4 結(jié)語

通過特高頻、超聲波、SF6組分分析、聲學成像裝置、超聲重癥監(jiān)護等手段對某220 kV GIS快速接地開關(guān)A/B 氣室異響問題進行排查，確認異響信號非放電引起，異響信號源來自手動操作閉鎖滑塊與掛鎖裝置接觸位置，并通過打開快速接地開關(guān)機構(gòu)保護殼進行了驗證確認。本次診斷試驗還有效驗證了聲學成像裝置用于異響源定位的實用性。

建議針對GIS 異響問題在運維工作中做到以下幾點：

（1）如發(fā)現(xiàn)為放電類缺陷帶來的異響信號，應(yīng)盡快處理。

（2）對于GIS 管道異響（振動）一般通過增加支撐結(jié)構(gòu)來減緩異常振動，廣州某220 kV 站220 kV GIS 管道異響采用此措施處理。

對于其他異響（振動）信號，一般認為短期內(nèi)不會影響設(shè)備正常運行，主要通過跟蹤監(jiān)測判斷考慮其發(fā)展趨勢允許停電情況檢查內(nèi)部部件松動情況，并進行緊固等處理措施。某220 kV GIS ?；拙€C 相避雷器異響經(jīng)跟蹤后開蓋確認由于避雷器閥片固定長芯棒與閥片間隙導致振動，后經(jīng)過加裝墊圈處理后異響消失。