一起220 kV GIS 電壓互感器超聲波局放檢測異常分析

涂家棟

（國網(wǎng)江西省電力有限公司武寧縣供電分公司，江西 九江 332300）

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，電能的需求量越來越大，電力系統(tǒng)電壓等級也不斷升高，從而電能質(zhì)量的可靠性需要不斷加強(qiáng)。在這種現(xiàn)狀下，SF6氣體絕緣金屬全封閉開關(guān)（簡稱GIS）因其占地面積小、運行可靠性高、維護(hù)工作量少、檢修周期長及環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點，近年來被廣泛應(yīng)用，成為電網(wǎng)重要設(shè)備之一[1-2]。隨著GIS設(shè)備投入數(shù)量的增加，其故障率也越來越高，造成停電時間長、經(jīng)濟(jì)損失大等不良影響，甚至威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。早期電力系統(tǒng)對GIS故障的關(guān)注度主要集中在其放電性故障領(lǐng)域，而忽略了在GIS的實際運行中，機(jī)械性故障也是導(dǎo)致設(shè)備事故發(fā)生的一大主要原因，GIS的異常振動對設(shè)備具有很大危害，長期振動可能使螺栓松動，造成氣體泄漏、內(nèi)部異物放電等，引發(fā)絕緣事故[3-4]。

文中對一起220 kV GIS 電壓互感器在例行帶電檢測過程中發(fā)現(xiàn)的超聲波局放檢測異常情況進(jìn)行分析，通過返廠試驗檢測及解體檢查，判斷故障原因為裝配工藝不良造成螺栓緊固不到位導(dǎo)致的氣室內(nèi)部機(jī)械振動，并提出針對性的防范措施與建議，為GIS廠內(nèi)裝配工藝質(zhì)量管控水平提升、現(xiàn)場帶電檢測異常信號分析提供經(jīng)驗。

1 事件概況

2022 年7 月16 日，對某站220 kV GIS 進(jìn)行特高頻及超聲波局放檢測時發(fā)現(xiàn)220 kV IIA 母電壓互感器A相氣室存在超聲波異常信號，信號幅值較背景幅值偏大，疑似機(jī)械振動。7月30日對該電壓互感器氣室再次進(jìn)行特高頻及超聲波局放檢測，發(fā)現(xiàn)仍存在同類型超聲波異常信號，信號幅值最大點位于氣室底部（如圖1 所示），達(dá)到240 mV，100 Hz 頻率相關(guān)性較強(qiáng)，信號特征圖如圖2 所示，且信號幅值圖符合機(jī)械振動典型圖譜特征；該氣室未發(fā)現(xiàn)特高頻異常信號。結(jié)合現(xiàn)場測試結(jié)果及電壓互感器結(jié)構(gòu)原理，初步判斷該氣室內(nèi)部可能存在螺栓松動或鐵芯勵磁特性異常。聯(lián)系廠家對220 kV IIA 母電壓互感器A 相氣室進(jìn)行更換處理并將其返廠待進(jìn)一步解體分析。

圖1 異常設(shè)備現(xiàn)場圖

圖2 超聲波信號最強(qiáng)點處幅值圖

該異常設(shè)備為江蘇思源赫茲互感器有限公司生產(chǎn)，設(shè)備型號為JDQXFH-220，生產(chǎn)日期為2019 年7月，投運日期為2019年10月。

2 異常設(shè)備返廠處理情況

將220 kV IIA 母電壓互感器A 相氣室更換后，為進(jìn)一步分析設(shè)備異常原因，2022 年9 月16 日，于江蘇思源赫茲互感器公司試驗大廳對異常設(shè)備開展試驗檢測及解體檢查分析工作。

2.1 異常設(shè)備解體前測試情況

2.1.1 異常設(shè)備超聲波局放檢測

模擬設(shè)備現(xiàn)場安裝方式及運行情況，將設(shè)備接入試驗工裝，一次側(cè)加壓，二次側(cè)帶額定負(fù)載，在80%、100%、120%額定運行電壓下，分別對設(shè)備底部進(jìn)行超聲波局放檢測。檢測結(jié)果如表1所示。

表1 80%、100%、120%額定運行電壓下超聲波測試結(jié)果

測試點分布如圖3所示。

圖3 異常設(shè)備超聲波局放測試點

2.1.2 異常設(shè)備脈沖電流法局部放電檢測

對異常設(shè)備進(jìn)行脈沖電流法局放測試，施加預(yù)加電壓460 kV，后下降至368 kV，局放測試結(jié)果為3.3 pC，滿足GIS設(shè)備局放要求。

綜上所述，該電壓互感器氣室內(nèi)部存在異常超聲波信號，但無放電信號，判斷該氣室內(nèi)部存在機(jī)械振動。

2.2 異常設(shè)備現(xiàn)場解體情況

為進(jìn)一步確定設(shè)備異常原因，對設(shè)備進(jìn)行氣體回收、解體檢查（見圖4）。

圖4 異常設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

觀察殼體與底座固定螺栓緊固線無偏移，螺栓無松動；將設(shè)備殼體拆卸，觀察鐵芯與底座的固定螺栓、鐵芯穿芯螺桿固定螺栓緊固線均無偏移，所有螺栓均無松動；線圈、屏蔽件固定可靠無松動，引線固定無外露；鐵芯疊片平整，無明顯錯位和縫隙。

按照螺栓裝配時的標(biāo)準(zhǔn)力矩，對所有螺栓進(jìn)行復(fù)緊：使用力矩扳手對鐵芯與底座連接的4 個螺栓加120 N·m 力矩值復(fù)緊，其中鐵芯與底座一處固定螺栓（對應(yīng)圖4中三號底座螺栓）的螺栓緊固線出現(xiàn)約5 mm偏移（如圖5 所示），其余3 個部位的螺栓緊固線無偏移；使用力矩扳手對鐵芯穿芯螺桿緊固部位的螺栓加35 N·m力矩值復(fù)緊，其中最上方存在1處穿芯螺桿螺栓緊固線出現(xiàn)較大偏移（對應(yīng)圖4 中的1 號穿芯螺桿螺栓），旋轉(zhuǎn)將近90°（如圖5 所示），其余部位的螺栓緊固線均無偏移現(xiàn)象。

圖5 鐵芯與底座固定螺栓、鐵芯穿芯螺桿螺栓緊固不到位

2.3 設(shè)備重新裝配后復(fù)測情況

將兩處螺栓重新復(fù)緊，將設(shè)備重新裝配，并進(jìn)行抽真空、充氣處理；加120%額定運行電壓后進(jìn)行超聲波復(fù)測；測得超聲波信號幅值正常，最大時幅值為0.8 mV，檢測結(jié)果如表2所示。

表2 異常設(shè)備超聲波局放復(fù)測結(jié)果

2.4 設(shè)備勵磁特性試驗

為進(jìn)一步判斷鐵芯勵磁是否存在問題，對該異常設(shè)備進(jìn)行勵磁特性測試，檢測結(jié)果如表3和圖6所示，與設(shè)備出廠數(shù)據(jù)對比（如圖7 所示），無明顯偏差，排除設(shè)備鐵芯勵磁特性異常情況。

表3 異常設(shè)備（解體重裝后）勵磁特性數(shù)據(jù)

圖6 異常設(shè)備（解體重裝后）勵磁特性曲線

圖7 異常設(shè)備（出廠試驗）勵磁特性數(shù)據(jù)

對異常設(shè)備進(jìn)行解體檢查，設(shè)備內(nèi)部所有螺栓均未發(fā)現(xiàn)松動、標(biāo)記線移位情況。使用力矩扳手按標(biāo)準(zhǔn)力矩值進(jìn)行復(fù)緊，發(fā)現(xiàn)鐵芯與底座的一處固定螺栓和鐵芯一處穿心螺桿固定螺栓力矩值不滿足螺栓裝配的力矩值要求，發(fā)生位移。對兩處問題螺栓緊固后復(fù)檢，振動信號消失，且復(fù)緊后鐵芯勵磁特性試驗數(shù)據(jù)與出廠時數(shù)據(jù)相比并無明顯差異。由此可知，此次電壓互感器氣室超聲波信號異常情況是由于氣室內(nèi)部螺栓緊固不到位導(dǎo)致的。

3 原因分析

結(jié)合返廠檢查及試驗結(jié)果，分析該次電壓互感器A 相異常振動的原因為：裝配過程中廠家技術(shù)人員未按照規(guī)范的操作流程及要求安裝螺栓，底座固定螺栓和鐵芯穿心螺桿緊固力矩不滿足要求，鐵芯和夾件間因緊力不足產(chǎn)生間隙，設(shè)備運行時，在電磁力作用下出現(xiàn)機(jī)械振動情況，超聲波測試儀檢測出異常信號。

4 結(jié)語

該次GIS電壓互感器超聲波局放異常事件暴露出廠家對設(shè)備的裝配環(huán)節(jié)管控不到位，技術(shù)人員未按操作要求緊固標(biāo)準(zhǔn)件，且在裝配后未開展關(guān)鍵工藝復(fù)查，未及時發(fā)現(xiàn)螺栓夾緊力不足的問題；驗證了出廠試驗中，常規(guī)的脈沖電流法局部放電試驗與超聲波局部放電檢測相比，無法有效檢出該類型機(jī)械振動缺陷，導(dǎo)致問題設(shè)備入網(wǎng)。針對該次異常事件提出如下防范措施與建議：

1）廠家應(yīng)完善設(shè)備安裝階段的質(zhì)量控制，加強(qiáng)安裝人員培訓(xùn)，對關(guān)鍵工藝除制定工藝管控卡等過程管理措施外，還應(yīng)在安裝完成后，設(shè)置復(fù)檢環(huán)節(jié)，重點加強(qiáng)對螺栓力矩的檢查。

2）GIS設(shè)備出廠試驗宜增加超聲波檢測要求，對存在異常振動信號的電壓互感器等關(guān)鍵氣室，應(yīng)確認(rèn)振動原因并處理，杜絕問題設(shè)備出廠。