GIS局部放電檢測分析

【摘 要】近些年，隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的不斷成熟以及工農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，用電量是逐年增加，同時(shí)對供電的穩(wěn)定性、安全性也是提出更高的要求。這就要求我們應(yīng)采取合理措施切實(shí)做好電力系統(tǒng)的安全、工作。而與此同時(shí)，GIS設(shè)備被廣泛的應(yīng)用到電力系統(tǒng)中。從某種程度上講，絕緣故障對GIS設(shè)備能否持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行起著非常重要的作用，因此作為診斷絕緣故障的主要方法——局部放電檢測技術(shù)，被廣大GIS設(shè)備制造商以及使用者所青睞。本文就結(jié)合局部放電檢測技術(shù)原理，對GIS局部放電檢測進(jìn)行簡單分析與討論。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；局部放電檢測；GIS設(shè)備；絕緣故障

所謂GIS 是指氣體絕緣全封閉組合電器，從其功能講，它是確保供電穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，是當(dāng)前電力系統(tǒng)中的主要使用設(shè)備。一旦其在運(yùn)行過程中發(fā)生故障，勢必會對電力系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生一定負(fù)面影響，致使局部甚至全部地區(qū)停電。當(dāng)前誘發(fā)該GIS設(shè)備出現(xiàn)故障的原因主要是設(shè)備絕緣性能劣化。

1.局部放電檢測分析

局部放電檢測是GIS運(yùn)行狀態(tài)分析和缺陷故障診斷的有效手段，主要利用超聲波、特高頻、光檢測和化學(xué)檢測等方法來實(shí)現(xiàn)。

2012年試驗(yàn)人員進(jìn)行某220kV變電站帶電測試時(shí)，發(fā)現(xiàn)110kVGIS某出線間隔的避雷器處存在異常聲響。工作人員經(jīng)過仔細(xì)檢查后，初步懷疑GIS內(nèi)部存在局部放電，隨后采用多種檢測手段對該設(shè)備進(jìn)行了重點(diǎn)測試。

1.1局部放電檢測

1.1.1特高頻局放測試

使用特高頻局放測試儀在該避雷器上端盆式絕緣子處進(jìn)行測試，測試信號具有一定對稱性，在一個(gè)工頻周期內(nèi)出現(xiàn)兩簇比較集中的信號聚集點(diǎn)，且幅值和相位都比較穩(wěn)定，表現(xiàn)出典型的懸浮局部放電特征。因此可初步判斷盆式絕緣子處存在局部放電信號，放電源存在于該絕緣子附近或相鄰氣室內(nèi)部。

1.1.2超聲波局放測試

工作人員對避雷器氣室附近多處位置進(jìn)行了超聲波局放測試，根據(jù)各標(biāo)記點(diǎn)的檢測情況，對比分析超聲信號的變化趨勢，得到如下所示的譜圖。

從圖中可看出，有效值和峰值明顯增大，有效值達(dá)8mv，峰值達(dá)20mv，頻率成分2大于頻率成分1；相位模式圖譜中，數(shù)簇信號集聚點(diǎn)周期性呈現(xiàn)。通過多次重復(fù)測試發(fā)現(xiàn)，該超聲信號的有效值和峰值表現(xiàn)穩(wěn)定，100Hz相關(guān)性強(qiáng)烈，表現(xiàn)出懸浮放電的基本特征。

1.1.3分解產(chǎn)物測試

根據(jù)超聲定位情況，初步判斷局放源位于避雷器上部的氣室內(nèi)。為進(jìn)一步了解放電程度，工作人員進(jìn)行了該出線氣室的SF6分解產(chǎn)物檢測，得到下列測試數(shù)據(jù)。H2S、SO2及HF含量值均為0uL/L，CO為54.4 uL/L。由檢測數(shù)據(jù)結(jié)果可知，放電分解產(chǎn)物含量較低，測試儀并沒有得出明顯的氣體濃度值。

1.1.4設(shè)備解體分析

GIS設(shè)備停電后，檢修人員進(jìn)行了解體檢查，發(fā)現(xiàn)避雷器上端導(dǎo)體連接處屏蔽罩松動，屏蔽罩內(nèi)部連接導(dǎo)體上有明顯的放電灼蝕痕跡，因此可推斷，屏蔽罩松動是造成懸浮放電的主要原因。

1.2分解產(chǎn)物檢測分析

通過上述局部放電測試情況可看出，采用特高頻法和超聲波法均得到了明顯的異常信號譜圖，而分解產(chǎn)物分析法幾乎沒有得出氣體含量數(shù)據(jù)，同時(shí)也表明了該方法檢測局放的靈敏度較差。

針對局放情況下氣體組分濃度檢測不靈敏的問題，分析以下幾點(diǎn)原因：

（1）局部放電能量相對較小，長時(shí)間的局放積累才能逐漸促使SF6發(fā)生分解。同時(shí)，設(shè)備內(nèi)部的分解產(chǎn)物含量極低，性能又不穩(wěn)定，容易發(fā)生氣體組分間的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致其濃度不易被檢測。

（2）分解產(chǎn)物測試儀檢測的H2S、HF等氣體，不屬于SF6放電分解的直接產(chǎn)生氣體或特征氣體組分。H2S是固體絕緣材料分解產(chǎn)生的氣體成分，在故障能量較大時(shí)才會出現(xiàn)；SO2、HF由低氟化物與微水微氧反應(yīng)生成SOF2、SO2F2、SOF4等氣體；并進(jìn)一步水解形成的。因此，在放電程度不劇烈、微水微氧含量低的條件下，H2S、HF等氣體的濃度極小。

（3）分解氣體在氣室的擴(kuò)散效應(yīng)以及氣體采樣位置都對確定氣體組分濃度有重要影響。局放源所在的氣室較長，空間范圍比較大，氣體組分?jǐn)U散均勻的時(shí)間會變長，并且隨著擴(kuò)散效應(yīng)氣體濃度會有所降低。

（4）氣體傳感器經(jīng)過多次檢測使用后，會造成不可逆轉(zhuǎn)的損耗，導(dǎo)致其靈敏度和準(zhǔn)確性降低。氣體傳感器使用壽命短的缺點(diǎn)，是分解產(chǎn)物測試儀測試效果逐漸變差的主要原因，相應(yīng)的檢測氣體組分濃度也存在一定偏差。

2.氣室故障分析

2013年，一座220kV變電站某110kVGIS間隔發(fā)生跳閘故障。僅從設(shè)備外觀檢查，看不出任何異常跡象；停電情況下，采用局放儀測試顯然是沒有作用的。工作人員利用分解產(chǎn)物測試儀對該故障間隔各氣室進(jìn)行了氣體成分檢測，得到了下表中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

依照《國家電網(wǎng)公司電力設(shè)備帶電檢測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：當(dāng)SO2≤2uL/L且H2S≤2uL/L時(shí)，屬正常狀態(tài)；當(dāng)SO2≥5uL/L或H2S≥5uL/L時(shí)，屬缺陷狀態(tài)。從上述表中數(shù)據(jù)可明顯看出，II母氣室中的SO2和H2S氣體含量分別達(dá)到了68.1uL/L、22.8uL/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，而其他氣室的各氣體含量均屬正常。因此可推斷，電氣故障發(fā)生在II母氣室內(nèi)部。

檢修人員根據(jù)工作計(jì)劃安排，對II母氣室進(jìn)行（下轉(zhuǎn)第246頁）（上接第175頁）了解體，發(fā)現(xiàn)A相母線分支導(dǎo)體接頭過熱燒熔并造成接地。根據(jù)現(xiàn)場燒損情況及GIS內(nèi)部導(dǎo)體連接結(jié)構(gòu)，分析造成本次故障的直接原因?yàn)閷?dǎo)體接觸電阻大導(dǎo)致過熱，長期熱量累積造成導(dǎo)體接觸點(diǎn)熔化，液體金屬流淌或飛濺最終引起絕緣擊穿。

廠家技術(shù)人員、檢修人員相互配合，對母線氣室內(nèi)部導(dǎo)體連接情況進(jìn)行檢查，逐個(gè)測量母線上方梅花觸頭的接觸電阻，對電阻超標(biāo)的及時(shí)更換。GIS故障消除并試驗(yàn)合格后投入運(yùn)行，一周內(nèi)進(jìn)行了該間隔各氣室的局部放電檢測和氣體成分分析，均未發(fā)現(xiàn)異常情況。

利用SF6分解產(chǎn)物檢測方法，迅速查找到故障氣室，并有的放矢的采取處理措施，減少了不必要的檢修工作，節(jié)省了大量人力和時(shí)間。

3.結(jié)論

應(yīng)該說，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會對供電穩(wěn)定性、安全性要求越來越高，這就使得人們對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全性提出了更高要求。而對GIS絕緣狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測成為確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的最有效手段。通過相關(guān)研究表明，GIS設(shè)備局部放電會導(dǎo)致其外殼產(chǎn)生較大流動的電磁波，從而使得接地線上有放電脈沖電流流過。此外，設(shè)備局部放電還會導(dǎo)致通道內(nèi)部壓力瞬間增大，致使GIS氣體產(chǎn)生超聲波或者縱波，另外也會在其外殼上形成各種聲波，像表面波、橫波。而這些物理或者是化學(xué)特征都成為了檢測局部放電信號的傳感對象。

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