基于多維度檢測方法的GIS型電纜終端發(fā)展中缺陷案例分析

國網(wǎng)山東省電力公司淄博供電公司 李 飛 孫竟成 耿 寧 楊學(xué)杰 李志剛

GIS 型電纜終端具有占地面積少、環(huán)境友好、絕緣性能優(yōu)良、體積緊湊、運行安全可靠、檢修周期長等優(yōu)點，目前已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在全國電力系統(tǒng)中，但是生產(chǎn)安裝過程中的缺陷、把控不嚴(yán)的問題逐漸暴露出來，各地已經(jīng)發(fā)生多起GIS 設(shè)備電纜終端故障導(dǎo)致的局部范圍停電甚至大范圍停電事故。

高度集成化在提高設(shè)備可靠性等方面具有顯著的優(yōu)勢，但是也為設(shè)備的檢修帶來了諸多困難。目前，GIS 型電纜終端在交接試驗中難以發(fā)現(xiàn)缺陷，局部放電檢測技術(shù)是公認(rèn)的最佳方法[1]。鑒于局部放電信號傳播特性復(fù)雜多變，如何確定設(shè)備局放源的類型、位置等是運檢人員日常帶電檢測工作的難點和重點。本文結(jié)合實際運行的站內(nèi)GIS 型電纜終端手持式特高頻和超聲波檢測工作，發(fā)現(xiàn)A、B 相電纜終端存在懸浮放電，開展放電源特高頻信號長時監(jiān)測、定位工作，確定發(fā)展中缺陷類型、位置，最后，通過現(xiàn)場解體查找，指出電纜終端壓接觸頭和均壓環(huán)之間存在的內(nèi)在問題，為同類設(shè)備缺陷的處理提供參考[2]。

1 異常情況簡述

4月15日，運檢人員應(yīng)用手持式局放測試儀對某110kV 變電站進(jìn)行GIS 局部放電檢測，檢測到110kV 某線電纜終端氣室A 相和B 相電纜環(huán)氧套管、電纜氣室上部澆筑口存在特高頻、超聲波局部放電特征信號，特高頻型號幅值最大超過1700mV，超聲波信號在相位模式下，可見明顯的能量聚集點。通過現(xiàn)場排擾、圖譜分析、特高頻長時監(jiān)測和定位等手段，初步推斷該電纜終端氣室A 相和B 相存在嚴(yán)重的懸浮放電缺陷。

5月14日，運檢部門聯(lián)合廠家對該終端氣室進(jìn)行了停電解體檢查，發(fā)現(xiàn)先前帶電檢測定位位置處確存在白綠色粉末，仔細(xì)查找電纜頭無其他異常狀況。經(jīng)過對終端壓接觸頭、均壓環(huán)、線芯等電位連接，重新安裝電纜終端后，恢復(fù)送電，送電后檢測局部放電信號全部消失。

2 檢測數(shù)據(jù)分析

2.1 特高頻檢測（駒電設(shè)備）

圖1所示為110kV 某線電纜終端氣室特高頻局部放電測試位置示意圖。其中，測點1為氣室上端澆筑口，測點2、3、4為C、A、B 相電纜終端的白色環(huán)氧套管。采用手持式局放測試儀JD-S10對圖1所示各測點進(jìn)行局放檢測[3]。4個測點均能檢測到特高頻局放信號，信號強(qiáng)度順序依次為測點4＞測點3＞測點1＞測點2，考慮到電纜終端氣室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和信號的傳播特性，預(yù)判測點4和測點3可能存在局放源，根據(jù)幅值和相位圖譜，兩點的信號強(qiáng)度明顯增大，幅值均較大，相位分布較窄，相位具有周期性，具有懸浮放電特征。

圖1 110kV 某線電纜終端氣室特高頻信號測試位置

2.2 超聲波檢測

在圖1所示測點4周邊開展超聲波檢測，超聲檢測背景1.0mV，實際檢測值2.0mV，無50Hz 及100Hz 相關(guān)性，信號的持續(xù)性很弱。在相位模式下，存在一處單簇聚集點，超聲圖譜如圖2所示，其余測點未發(fā)現(xiàn)異常超聲信號。

圖2 110kV 某線電纜終端氣室測點4周邊超聲圖譜

2.3 特高頻長時在線監(jiān)測（華乘設(shè)備）

為進(jìn)一步分析確認(rèn)，采用診斷型局放測試儀PDS-G100M 對該異常局放信號進(jìn)行綜合診斷分析。測點特高頻信號強(qiáng)度順序為測點4＞測點3＞測點1，經(jīng)過公式dB=20logmV 轉(zhuǎn)換。經(jīng)長時監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，局放源信號具備幅值均較大，相位分布較窄，相位相差180°，符合懸浮放電特征。

2.4 特高頻長時在線監(jiān)測（邁內(nèi)設(shè)備）

為從多角度確認(rèn)局放源，排除不同檢測儀器帶來的誤差，采用邁內(nèi)公司的診斷型局放測試儀T3000對該異常局放信號進(jìn)行綜合診斷分析。測點特高頻信號強(qiáng)度順序為測點4＞測點3，與前述測試手段信號強(qiáng)度基本一致。經(jīng)長時監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，局放源信號具備幅值均較大，相位分布較窄，相位相差180°，符合懸浮放電特征。

2.5 特高頻定位

圖3所示為采用定位法對放電源進(jìn)行精確定位分析，原理為特高頻信號傳播速度接近光速，通過兩個特高頻傳感器接收信號的時間差，粗略定位局放源位置[4]。在110kV 某線電纜氣室測點1和測點4放置多功能局放定位系統(tǒng)G1500的特高頻傳感器，兩側(cè)點之間直線距離L 為1.5m（紅色）。

圖3 定位法對放電源進(jìn)行精確定位分析

定位波形如圖4所示，測點4（綠色）超前于測點1（黃色）特高頻信號時間為5ns，ΔL=0.3×5=1.5，假定B 相局放源到測點4的距離為x，則x=(1.5－ΔL)/2=0，求解無任何意義。針對此現(xiàn)象，這里作簡要分析：根據(jù)經(jīng)驗，特高頻信號定位測試是有誤差的，在僅有特高頻定位手段時，誤差大于10cm，x 可能存在很小的正數(shù)解（比如說誤差0.3m，ΔL=0.3×5=1.2，則x=(1.5－ΔL)/2=0.15），但與電纜終端的實際距離不符；從手持式局放測試儀測試圖譜分析，A、B 相的放電源類型類似，從電纜的實際設(shè)計分析，電纜終端氣室空間較小。假如存在A、B相兩個放電源，以上兩點導(dǎo)致兩個放電源難以區(qū)分。綜合前述分析，存在兩個放電源的可能性較大。

圖4 定位波形

2.6 綜合分析

手持式特高頻傳感器判斷可能存在A、B 相兩處放電源，在線監(jiān)測儀判斷與手持式儀器測試數(shù)據(jù)一致，只有幅值存在較小差別，超聲傳感器檢測出明顯能量聚集，定位儀器判斷存在兩處放電源，綜上分析，存在兩處放電源的可能性較大，放電類型為懸浮放電，幅值較大，相位分布較窄，具有周期性。通過分析電纜廠家提供的設(shè)計圖紙，結(jié)合檢測經(jīng)驗，初步判斷放電位置位于A、B 相的均壓環(huán)處。

3 解體驗證

5月14日，運檢部門聯(lián)合電纜廠家對電纜終端開展停電檢修工作，停電后，復(fù)測局放信號消失，由于電纜終端為插頭式，上下氣室物理隔離，不涉及氣室內(nèi)部SF6工作。電纜終端檢修處理工作流程分四步：

（1）觀察三相電纜終端外表情況：接地連接、尾管封鉛未見異常，連接良好，鉛封粘接牢靠。

（2）將三相電纜終端外護(hù)套剝離，融化封鉛，打開錐托直至應(yīng)力錐、均壓環(huán)、觸頭露出。經(jīng)仔細(xì)觀察，彈簧錐托頂緊結(jié)構(gòu)正常，環(huán)氧套管內(nèi)壁表面無發(fā)現(xiàn)放電痕跡，應(yīng)力錐主體外表面無發(fā)現(xiàn)放電痕跡。

（3）拆解后發(fā)現(xiàn)只有A、B 相均壓環(huán)、線芯與觸頭之間存在間隙，C 相未見異常，縫隙中存在白綠色粉末狀放電痕跡。

（4）廠家采用半導(dǎo)線圈實現(xiàn)均壓環(huán)、線芯和觸頭三者之間的無縫連接，消除電位差和放電隱患。

隱患消除后，于5月15日下午恢復(fù)送電，運檢人員于5月19日開展檢修后復(fù)測，局放信號消失，三相運行狀況良好。

4 放電原因分析及對設(shè)備運行的影響

4.1 安裝角度分析

在電纜檢修現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)廠家在缺陷處理完畢恢復(fù)電纜觸頭插接的過程中，缺乏有效的防潮措施，潮氣隨著安裝進(jìn)入環(huán)氧套管內(nèi)部。

4.2 設(shè)計角度分析

電纜終端均壓環(huán)為鋁合金材質(zhì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計上要求均壓環(huán)與觸頭緊密接觸。從檢查情況看，A、B 相均壓環(huán)與線芯、觸頭間存在間隙，C 相無間隙，在運行時導(dǎo)致均壓環(huán)與線芯、觸頭之間因為接觸不良而懸浮放電，說明本型號電纜存在設(shè)計缺陷，均壓環(huán)與觸頭之間無螺栓或者其它固定措施，長期運行后，存在均壓環(huán)與觸頭接觸不良引起電位差進(jìn)而導(dǎo)致放電的可能。

鉛封作為隔絕環(huán)氧套管內(nèi)部與外部空氣的關(guān)鍵工藝，長時間運行后，由于設(shè)備振動、老化等原因，不能起到完全隔離兩部分空間潮氣的作用，無法阻止外界潮氣進(jìn)入內(nèi)部。

該型號電纜終端與SF6氣室之間存在物理隔離，下部的電纜氣室在安裝完成后，沒有提真空環(huán)節(jié)，無法去除安裝過程中進(jìn)入的潮氣，導(dǎo)致潮氣一直存在于電纜氣室內(nèi)。

4.3 運行角度分析

在設(shè)備運行過程中，均壓環(huán)、線芯和觸頭之間存在電位差，環(huán)氧套管內(nèi)部存在潮氣（特別是近期連續(xù)下雨，外界空氣濕度很大，嚴(yán)重影響了內(nèi)部氣體的濕度），環(huán)氧套管內(nèi)部環(huán)境為非真空狀態(tài)，加速了白綠色粉末狀物質(zhì)（銅綠）的生成，也引發(fā)了爬電現(xiàn)象，特別是隨著運行時間的延長，運行工況越來越差，為銅綠的生成創(chuàng)造了“良好的”產(chǎn)生條件，其中，基本的反應(yīng)方程式為：

2Cu＋2H2O＋O2＋CO2=Cu2(OH)2CO3

4.4 放電對設(shè)備運行的影響

放電位置位于線芯、均壓環(huán)和觸頭之間，盡管此位置屬于環(huán)氧套管金屬屏蔽罩范圍內(nèi)，不在終端應(yīng)力錐和環(huán)氧套管的絕緣部分，但是，隨著運行時間延長、雷雨季節(jié)的來臨、負(fù)荷的加重，放電范圍的增大可能造成電纜終端閃絡(luò)或擊穿等問題，嚴(yán)重影響電纜及電纜終端的絕緣性能，可能誘發(fā)停電事故。

綜上，電纜廠家該型號電纜設(shè)計存在固有缺陷、安裝工藝不完善，存在家族性缺陷的可能，運檢部門需逐一排查站內(nèi)該型號電纜。

在開展GIS 型設(shè)備帶電檢測工作過程中，需要結(jié)合不同廠家手持式局放檢測儀、在線式局放監(jiān)測儀和聲電聯(lián)合定位儀等多維度檢測方法綜合分析診斷，以準(zhǔn)確判斷缺陷類型和位置，為缺陷的檢修處理提供技術(shù)參考。