110kV組合電器帶電檢測數據異常分析及處理

國網保定供電公司 劉勝軍 田江波 甄旭峰 王立兵

1.前言

封閉式組合電器(Gas-Insulater Switchgear)簡稱GIS，其電場結構是用同軸圓柱體間隙，故為稍不均勻電場。而常規變電站則是棒-板組成的不均勻電場。所以，GIS設備具有優良的技術性能和占地面積少的特點。目前GIS設備已得到廣泛應用。

超高頻局放檢測技術是目前對GIS設備普遍采用的狀態檢測技術，該技術主要由超高頻傳感器、高速數據采集單元、分析診斷軟件三部分組成。超高頻傳感器負責收集由局部放電脈沖激發并能透過絕緣介質向外傳播的超高頻電磁波信號，并將該信號轉換成可以通過高速數據采集單元進行采集的電信號；高速數據采集單元負責將傳感器收集并轉換后的電信號變成數字信號存儲到計算機中；分析診斷軟件利用自帶的且能夠不斷擴充的圖譜庫對存儲的數字信號進行分析診斷，評價局放類型和嚴重程度。

超聲局放檢測技術主要適用于空氣中的放電檢測。聲的干擾主要是機械振動和電磁振動，其頻率一般小于10kHz，而空氣中的放電頻率非常豐富，一般高于10kHz，而超聲波檢測主要采用20kHz以上頻帶，可不受外部噪聲的干擾。GIS設備的超聲局放檢測位置在外殼的接縫處，由于探頭完全置于設備體外，放電信號通過絕緣介質衰減很嚴重，靈敏度較差，定量分析比較困難，但對局放初測及比較嚴重的空氣中的放電比較有效。

2.缺陷及檢查情況

2.1 缺陷情況

2011年10月19日，在對某220kV變電站GIS進行超高頻局放測試時，發現該變電站110kV GIS 2號母線101母聯間隔及鄰近間隔均存在異常信號，且101母聯間隔信號最強。且所測信號圖譜基本一致，并具有以下特征：(1)信號連續出現；(2)從101母聯間隔往兩側及間隔上部測試，信號明顯衰減變小；(3)單個異常信號的圖譜符合典型放電信號的三角波，如圖1所示；(4)信號周期性圖譜為20ms、50Hz，具有工頻相關性。

圖1 單個異常信號的圖譜

該GIS為某生產廠家2007年06月出廠的ZF10-126型產品，2007年11月18日投入運行。上次停電例行試驗日期為2009年03月27日，試驗數據未見異常。

2.2 帶電檢測檢查情況

為確認GIS內部是否存在放電故障，運用超聲局放、超高頻局放、特高頻局放及SF6分解物帶電檢測手段對該GIS 110kV 2號母線101母聯間隔母線氣室進行測試，結果如下所述。

通過超聲局放測試結果分析，101母聯間隔2號母線氣室內C相附近發現異常超聲信號，信號最大峰值為15mV，100Hz相關性較強（強于50Hz）；超聲信號最大值高于背景15倍以上，信號衰減性突出，2米以上或相鄰氣室無任何異常信號。據此可判斷該位置內部存在局部放電情況，具體位置如圖2所示。

圖2 異常信號所在位置

通過超高頻局放測試結果發現，101母聯間隔2號母線氣室內存在明顯放電信號，幅值最大2.27mV，折算成放電信號約為2308pC，放電明顯分布在1、3象限，3象限數據明顯較大。測試結果如圖3和圖4所示。

圖3 放電測試圖譜

圖4 放電相位特征圖譜

特高頻局放測試結果：測試信號幅值最大為0.55mV，50Hz相關性為68.2%，100Hz相關性為3.1%，放電集中在第三象限，第一象限有少量信號。測試結果如圖5所示。

圖5 特高頻局放測試圖譜

綜合考慮超聲局放、超高頻局放和特高頻測試結果，101母聯間隔2號母線氣室內存在局部放電情況，判斷缺陷類型為支柱絕緣子上有異物或內部存在裂紋引起的局部場強過大，導致間歇性放電。

SF6分解物測試結果：未檢測出放電產生的特征氣體。可能由于被測氣室出氣口距離放電位置較遠，同時放電母線氣室近10米長，氣室容量大，假如有特征氣體，也可能存在測試反應不夠靈敏等情況[1-3]。測試結果如表1所示。

表1 SF6分解物測試數據

2.3 解體檢查情況

2012年04月15日，對該GIS 110kV 2號母線101母聯間隔2號母線氣室進行解體檢查，未發現支柱絕緣子表面有異物或裂紋，氣室內未發現連接部件接觸不良或異物。為徹底消除隱患，將110kV 2號母線101母聯間隔2號母線氣室內15只支柱絕緣子全部進行了更換。

2.4 返廠檢查情況

為進一步檢查該GIS 110kV 2號母線101母聯間隔2號母線氣室內15只支柱絕緣子是否存在缺陷，將更換的15只支柱絕緣子返廠進行了交流耐壓、電氣局放和X光探傷檢測。

15只支柱絕緣子均通過5分鐘230kV交流耐壓試驗。但電氣局放測試過程中，發現101-2刀閘下部2號母線氣室內C相絕緣子89千伏電壓下局放量達到10546pC（生產廠家要求不大于3pC），局放起始電壓49千伏，熄滅電壓16千伏。對該只絕緣子進行X光探傷檢測，結果發現該只支柱絕緣子內部有裂紋。該只支柱絕緣子X光探傷檢測結果如圖6所示。

該GIS 110kV 2號母線101母聯間隔2號母線氣室內更換該15只支柱絕緣子后，設備投入運行。經超聲局放、超高頻局放、特高頻局放及SF6分解物跟蹤監測，未發現異常。

3.預防性措施

某220kV變電站110kV GIS內部缺陷的及時發現，得力于超聲局放、超高頻局放、特高頻局放等帶電檢測手段，防止了一起可能發生的GIS絕緣擊穿而引起的故障跳閘事故。

為防止此類故障導致事故的發生，今后應采取以下防范措施：

(1)隨著狀態檢修工作的深入開展，電網設備停電試驗周期越來越長，最長停電試驗周期可達六年。為及時掌握電網設備設備狀態，應定期開展電網設備帶電檢測工作。

(2)126kV及以上GIS用盆式絕緣子、支柱絕緣子生產廠家應逐只進行交流耐壓和電氣局放試驗。考慮到GIS內部電場結構為稍不均勻電場，設計場強遠高于其它常規設備，盆式絕緣子、支柱絕緣子的局部缺陷對GIS內部絕緣影響較大，故GIS生產廠家應逐只進行X光探傷檢測。

(3)為便于開展GIS帶電檢測和在線監測，GIS出廠前，生產廠家應在GIS罐體內預設電極。

(4)為準確判斷GIS內部缺陷的性質、嚴重程度和具體部位，應綜合利用超聲局放、超高頻局放、特高頻局放等帶電檢測手段。

4.結論

為防止GIS內部故障而導致設備損壞事故，應在產品制造和運行管理兩方面采取綜合措施。在GIS制造過程中，生產廠家應應加強質量管理，細化工藝控制卡，做到每個生產細節都得到嚴格把關，確保質量管理體系有效運轉。在運行管理方面，應定期開展電網設備帶電檢測工作，綜合利用超聲局放、超高頻局放、特高頻局放等帶電檢測手段。

[1]季嚴松,王承玉.SF6氣體分解產物檢測技術及其在GIS設備故障診斷中的應用[J].高壓電器,2011,47(2):100-107.

[2]李曉峰,霍鳳鳴,甄利.利用SF6氣體分解物對斷路器運行狀況進行診斷的方法探討[J].高壓電器,2011,47(1):103-105.

[3]陳曉清,彭華東.SF6氣體分解產物檢測技術及應用情況[J].高壓電器,2010,46(10):81-89.