特高頻帶電檢測(cè)技術(shù)在GIS設(shè)備中的應(yīng)用研究和驗(yàn)證

張順 米芝昌 陳程舉

摘要：近年來，GIS設(shè)備在電網(wǎng)設(shè)備中的占比越來越高，其優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)部結(jié)構(gòu)集中、整體體積小、配置靈活，而且由于是全封閉結(jié)構(gòu)，受外部環(huán)境因素的影響較小，因此正逐步受到電力用戶的廣泛青睞。然而，與其他設(shè)備一樣，GIS設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后也會(huì)出現(xiàn)絕緣部件老化、氣室內(nèi)部受潮等安全隱患。一旦出現(xiàn)局部放電就可能導(dǎo)致嚴(yán)重的電網(wǎng)事故和設(shè)備事故，造成惡劣影響。由于GIS設(shè)備運(yùn)行維護(hù)和檢修存在難度大、周期長(zhǎng)等問題，因此在試驗(yàn)周期內(nèi)對(duì)運(yùn)行中的GIS設(shè)備做好帶電檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部放電缺陷對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)顯得極其重要。基于此，本篇文章對(duì)特高頻帶電檢測(cè)技術(shù)在GIS設(shè)備中的應(yīng)用研究和驗(yàn)證進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：特高頻帶電檢測(cè)技術(shù);GIS設(shè)備;應(yīng)用研究;驗(yàn)證分析

引言

GIS是氣體絕緣全封閉組合電器的英文簡(jiǎn)稱，承擔(dān)著變電站內(nèi)電能分配與故障切除的關(guān)鍵作用，一旦發(fā)生故障，可能導(dǎo)致大面積停電，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失與惡劣的社會(huì)影響。GIS具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小和安全性高等優(yōu)點(diǎn)。但由于GIS全密封的特性，具有內(nèi)部缺陷不易發(fā)現(xiàn)、停電檢修工作量大、檢修周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。近年來，GIS因內(nèi)部放電導(dǎo)致的閃絡(luò)跳閘事故越來越多。傳統(tǒng)的停電試驗(yàn)與檢修存在盲目性，而帶電檢測(cè)技術(shù)及時(shí)準(zhǔn)確地判斷內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)，制定有針對(duì)性的檢修策略，提高設(shè)備可靠性，降低設(shè)備維護(hù)成本。由于GIS為全封閉狀態(tài)，傳統(tǒng)的紅外測(cè)溫方法效果甚微，脈沖電流法只適用于離線試驗(yàn)。超聲波、特高頻與分解產(chǎn)物等帶電檢測(cè)手段的應(yīng)用，已經(jīng)在工程中發(fā)現(xiàn)多起內(nèi)部缺陷并得到驗(yàn)證。帶電檢測(cè)作為狀態(tài)檢測(cè)的一種技術(shù)手段，能超前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患、降低事故損失。為了實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，需要定期對(duì)GIS設(shè)備開展帶電檢測(cè)。

1特高頻（UHF）法

特高頻檢測(cè)基本原理是通過特高頻天線對(duì)電力設(shè)備局放產(chǎn)生的特高頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而判斷設(shè)備局部放電狀況，實(shí)現(xiàn)絕緣狀態(tài)的判斷。在電力設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，一般空間電磁的干擾頻率在400MHz以下。而特高頻檢測(cè)的頻帶很高，為300MHz～1500MHz，因此可以有效避開空間中的干擾信號(hào)。同時(shí)，UHF法具有較高的靈敏度和抗干擾能力，可實(shí)現(xiàn)局放帶電檢測(cè)、定位、故障類型判斷等功能。

2GIS設(shè)備局部放電實(shí)例分析

（1）特高頻和超聲波巡檢。對(duì)該GIS設(shè)備進(jìn)行特高頻和超聲波巡檢時(shí)，發(fā)現(xiàn)其150間隔存在異常特高頻信號(hào)，但未檢測(cè)出異常超聲波信號(hào)。信號(hào)的特高頻PRPS和PRPD圖譜如圖1所示。由此可看出，該放電信號(hào)出現(xiàn)在工頻周期的正、負(fù)半周，具有一定的對(duì)稱性，其中放電信號(hào)幅值較分散，放電次數(shù)較少，且脈沖主要集中在一、三象限，符合圖1（d）呈現(xiàn)的內(nèi)部氣隙的特性。通過排除外界干擾，可知該信號(hào)來自設(shè)備內(nèi)部。

（2）幅值定位分析。通過特高頻信號(hào)普測(cè)，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離母線氣室的盆式絕緣子特高頻信號(hào)幅值逐漸衰減。根據(jù)該GIS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過檢測(cè)母線側(cè)三相上、下兩組盆式絕緣子的特高頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的幅值定位。由表1可看出，A相下部測(cè)點(diǎn)的信號(hào)幅值最大，為-55dBm，因此該局部放電缺陷最大概率來自150間隔A相母線氣室的下部。

（3）時(shí)差定位分析。如圖2所示，將特高頻傳感器分別置于150間隔母線氣室的3個(gè)盆式絕緣子處，其中檢測(cè)點(diǎn)1、2、3分別對(duì)應(yīng)3個(gè)盆式絕緣子的A、B、C三相。

通過示波器測(cè)量的放電信號(hào)波形如圖3所示。其中，檢測(cè)點(diǎn)1和3處的放電信號(hào)初始波峰相差4.5ns，且檢測(cè)點(diǎn)1先于檢測(cè)點(diǎn)3。而檢測(cè)點(diǎn)1和2處放電信號(hào)的起始和初始波峰幾乎同時(shí)到達(dá)，僅相差0.1ns。由此可初步判斷檢測(cè)點(diǎn)1、2的中間位置為放電點(diǎn)，即A、B兩相氣室之間。

通過測(cè)量150間隔氣室中心軸線的長(zhǎng)度繪制出如圖4所示的時(shí)差計(jì)算圖。根據(jù)3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)之間的時(shí)差和距離計(jì)算出放電源與A相傳感相距87.5cm，即放電源位于A相母線氣室下部。由此可判斷為A相母線的支撐絕緣子存在局部放電缺陷。

3解體驗(yàn)證情況

為了驗(yàn)證檢測(cè)和定位的結(jié)果，并查明該母線室內(nèi)存在局部放電的原因。在合適的時(shí)間，對(duì)該母線進(jìn)行了停電更換，并運(yùn)送返廠進(jìn)行了試驗(yàn)和檢查。在解體檢查之前，開展了局放試驗(yàn)。然后對(duì)母線進(jìn)行了解體檢查，拆除盆式絕緣子、筒體、母線電阻片和絕緣墊片等進(jìn)行逐一檢查，外觀檢查未發(fā)現(xiàn)異常。為了排查絕緣件表面粉塵、零部件松動(dòng)等外部原因引起的局部放電這一情況，對(duì)每個(gè)部件的表面進(jìn)行了清理擦拭，并重新裝配再次開展局放試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果與解體前局放試驗(yàn)結(jié)果基本一致，母線內(nèi)部仍然存在較大的局部放電信號(hào)。隨后將電阻片和絕緣墊塊等絕緣件依次進(jìn)行更換后開展試驗(yàn)排查，最終將缺陷鎖定在絕緣墊塊。超聲檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是可以檢測(cè)空心復(fù)合絕緣子的內(nèi)部放電，因此檢測(cè)到較多的局部放電，缺點(diǎn)是只能定位局部放電的大致方位，無(wú)法精確定位。紫外檢測(cè)的限制是不能檢測(cè)絕緣子內(nèi)部的局部放電，但是，一旦局部放電出現(xiàn)在絕緣子表面，紫外檢測(cè)可以準(zhǔn)確顯示局部放電位置。

4處理措施

通過對(duì)故障原因分析得到，主要的檢修工作是將A相電纜筒以及相鄰絕緣盆和內(nèi)部連接導(dǎo)體進(jìn)行更換，以及對(duì)B，C相電纜筒內(nèi)部進(jìn)行清潔。在恢復(fù)送電之前進(jìn)行GIS三相本體耐壓、A相電纜終端耐壓試驗(yàn)、導(dǎo)體連接可靠性檢查試驗(yàn)，以及水分和純度試驗(yàn)。試驗(yàn)的主要內(nèi)容如下。（1）GIS三相本體耐壓：GIS耐壓值按國(guó)家交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的80%進(jìn)行（約294kV/1min），試驗(yàn)范圍是A，B，C電纜筒絕緣盆至斷路器斷口逐相進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)套管安裝在電纜筒法蘭處，同時(shí)進(jìn)行局部放電測(cè)量。（2）A相電纜耐壓及局放試驗(yàn)：A相電纜使用西門子提供的試驗(yàn)套管進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，耐壓值216kV/1h;在耐壓電纜耐壓階段，對(duì)電纜進(jìn)行局部放電測(cè)量。（3）電纜終端與GIS之間的導(dǎo)體連接可靠性檢查試驗(yàn)，根據(jù)廠家建議采用人工檢查與電阻測(cè)量相結(jié)合的方法。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，電纜連接導(dǎo)體安裝水平良好，耦合觸頭卡簧裝設(shè)位置正確，測(cè)量絕緣盆到電纜終端之間的導(dǎo)體主回路電阻值為11μΩ，說明連接良好。（4）氣體水分及純度試驗(yàn)：SF6氣體靜置24h后，對(duì)新充氣的氣室進(jìn)行微水及純度檢測(cè)，微水含量應(yīng)不大于250mg/L;氣體純度應(yīng)大于97%。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，氣體絕緣開關(guān)設(shè)備因其安全運(yùn)行可靠性高、低成本、低污染運(yùn)行等特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。但GIS設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行以及制造和安裝時(shí)存在的疏漏會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部絕緣缺陷，引起設(shè)備的局部放電行為。通過電容分壓原理解釋了放電原因與過程。解體結(jié)果驗(yàn)證了帶電檢測(cè)結(jié)論的準(zhǔn)確性。對(duì)GIS設(shè)備內(nèi)部各種絕緣缺陷的局部放電信號(hào)監(jiān)測(cè)并進(jìn)行分析和識(shí)別，能夠?yàn)樵u(píng)估設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和制定可靠的檢修方案提供合理依據(jù)。

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