換流站設(shè)備帶電檢測技術(shù)應(yīng)用

摘 要：換流站設(shè)備狀態(tài)檢修的開展需要及時(shí)有效的了解設(shè)備狀態(tài)，開展換流站設(shè)備帶電檢測，如：油中氣體分析、紅外熱像檢測、超高頻（超聲波）局部放電檢測、SF6紅外泄漏檢測、紫外放電檢測能及時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)、提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛伏性故障，為設(shè)備狀態(tài)檢修提供有力的技術(shù)支撐，結(jié)合帶電檢測在實(shí)際運(yùn)用中的案例，證明了帶電檢測工作的實(shí)效性。

關(guān)鍵詞：換流站；狀態(tài)檢修；帶電檢測；超高頻局放；超聲波局放

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 22-0000-03

開展換流站設(shè)備狀態(tài)檢修科學(xué)地提高了設(shè)備可用率，明確了檢修目標(biāo)，為設(shè)備安全、穩(wěn)定、長周期、全性能、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行提供了可靠的技術(shù)和管理保障，狀態(tài)檢修的高效開展，需要大量的設(shè)備狀態(tài)信息，為設(shè)備狀態(tài)評價(jià)、以及狀態(tài)檢修策略的制定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。帶電檢測技術(shù)的全面深入應(yīng)用，能夠及時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備潛伏性故障，可針對性采取措施，為設(shè)備狀態(tài)檢修提供有力的技術(shù)支撐。

一、換流站設(shè)備帶電檢測項(xiàng)目

帶電檢測一般采用便攜式檢測設(shè)備，在運(yùn)行狀態(tài)下對設(shè)備狀態(tài)量進(jìn)行的現(xiàn)場檢測，其檢測方式為帶電短時(shí)間內(nèi)檢測，有別于長期連續(xù)的在線監(jiān)測。按照《電力設(shè)備帶電檢測技術(shù)規(guī)范》，換流站設(shè)備帶電檢測主要開展的項(xiàng)目包括以下幾類：

（一）油中溶解氣體分析。變壓器油主要是由碳?xì)浠衔锝M成，由電和熱故障可以使某些C-H鍵和C-C鍵斷裂，伴隨生成少量活潑的氫原子和不穩(wěn)定的碳?xì)浠衔锏淖杂苫@些氫原子或自由基通過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)迅速重新化合，形成氫氣和低分子烴類氣體，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。故障初期所形成的氣體溶于油中，

故障能量較大時(shí)，也能聚集成游離的氣體。應(yīng)用油色譜試驗(yàn)儀器分析絕緣油中溶解氣體含量能提前預(yù)測設(shè)備的內(nèi)部故障，防止設(shè)備損壞而導(dǎo)致的電網(wǎng)大面積停電事故的發(fā)生。

（二）紅外熱像檢測。紅外線是一種電磁波，位于可見光紅色光帶之外，普通玻璃能透過可見光，但是卻幾乎不能透過紅外線，紅外熱像檢測是依靠探測微型輻射熱量的熱探測器吸收入射的紅外輻射致使自身溫度上升，從而引起探測器電阻變化，在外加電壓的情況下進(jìn)而產(chǎn)生信號電壓，經(jīng)過轉(zhuǎn)換處理顯示被測設(shè)備溫度。紅外熱像檢測可應(yīng)用于換流站一、二次設(shè)備及水冷系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)溫度檢測，是檢測設(shè)備電壓致熱、電流致熱及內(nèi)部異常發(fā)熱的有效手段。紅外測溫技術(shù)也可應(yīng)用于充油設(shè)備油位檢測。

（三）超高頻局部放電檢測。超高頻局部放電檢測是指對頻率介于300MHz～3000MHz區(qū)間的局部放電信號進(jìn)行采集、分析、判斷的一種檢測方法，主要用于換流站GIS和電纜設(shè)備局放檢測，超高頻放電脈沖的特征參數(shù)主要有信號的幅值、放電起始點(diǎn)和脈沖間隔，用于缺陷的識別。

GIS設(shè)備的絕緣缺陷有一個(gè)共同特點(diǎn)，就是在故障發(fā)生之前，會產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。由于GIS氣室就像一個(gè)低損耗的微波共振腔，局放信號的振蕩波在氣室中存在的時(shí)間得以延長，長達(dá)1個(gè)毫秒，使得安裝在GIS上的內(nèi)置/外置耦合器有足夠的時(shí)間夠俘獲這些信號。

（四）超聲波局部放電檢測。GIS超聲局放檢測是在GIS外部安放傳感器，傳感器的靈敏范圍為20-100KHz。用該方法可以檢測，識別和定位GIS中的故障，而不需要預(yù)先在GIS上安裝內(nèi)部耦合器和傳感器。

提高頻率可降低環(huán)境噪聲的影響，采用大于100KHz的較高頻率測量可明顯提高抗干擾性。對于移動中的顆粒，超聲局放比傳統(tǒng)的局放測量法和UHF（超高頻）優(yōu)越。對檢測來自位于絕緣子上顆粒引起的放電時(shí)，這個(gè)方法還存在一些問題，由于在環(huán)氧樹脂絕緣中超聲信號衰減很大，所以這種方法不能測量環(huán)氧樹脂絕緣中的缺陷（例如氣泡等）。

聲學(xué)放電檢測是基于探測放電所發(fā)出的機(jī)械信號。放電看起來象一次小的“爆炸”，它激勵一種機(jī)械波在絕緣體中傳播。此波能用合適的傳感器檢測。傳感器的輸出可用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分析，檢測到的信號的形狀依賴于信號源、檢測儀器以及使用的傳感器。

（五）SF6氣體分解物檢測。SF6氣體廣泛應(yīng)用于GIS、斷路器等電氣設(shè)備。對于氣體絕緣設(shè)備內(nèi)部潛伏性故障診斷，及設(shè)備事故后故障定位等，SF6氣體分解物檢測具有受外界環(huán)境干擾小、靈敏度高、準(zhǔn)確性好等特點(diǎn)。

在電弧、火花和電暈放電下，分解產(chǎn)物主要是SF6SO2、H2S、SOF2、SO2F2及HF等，SO2F2/SOF2比值依次增加。局部放電能量較小，放電量約為11500pC，產(chǎn)生微量的SO2、HF和H2S等氣體。過熱故障，主要生成SO2、HF、H2S和SO2F2等分解產(chǎn)物。

SF6分解產(chǎn)物檢測以檢測SO2和H2S為主，輔以檢測HF、CF4、CO和CO2等，快速、準(zhǔn)確診斷設(shè)備是否存在缺陷或故障特征分解產(chǎn)物。

（六）SF6氣體泄漏成像法檢測。紅外氣體檢漏測溫成像，采用制冷量子井探測器，使用超高的熱靈敏度使圖像更清晰，更容易發(fā)現(xiàn)SF6氣體泄漏；探測靈敏度達(dá)0.001毫升/秒，對于極微量的泄漏，都可以輕易檢測，不僅可以遠(yuǎn)距離準(zhǔn)確地檢測SF6氣體泄漏點(diǎn)，還可發(fā)現(xiàn)被檢測設(shè)備微小的溫度差別，并準(zhǔn)確地讀出溫度，是集SF6氣體檢漏和紅外測溫為一體的檢測技術(shù)，采用紅外被動式成像，無需設(shè)備停電，在各種環(huán)境下對室內(nèi)室外的SF6設(shè)備進(jìn)行有效的檢測。

（七）鐵芯接地電流測量。變壓器運(yùn)行時(shí)，可能出現(xiàn)因鐵芯絕緣不良造成的故障，鐵芯絕緣不良而尚未形成金屬性短路接地，會產(chǎn)生較大的放電脈沖，可使用高頻CT采集信號至高頻局放測試儀進(jìn)行檢測，變壓器油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)不合格時(shí)，可利用檢測接地電流工頻分量來分析鐵芯絕緣是否正常。

（八）紫外放電檢測。紫外放電檢測技術(shù)可以檢測電力設(shè)備電暈放電和表面局部放電特征，以及外絕緣狀態(tài)和污穢程度，與紅外成像檢測技術(shù)形成有效的互補(bǔ)。電氣設(shè)備發(fā)生電暈時(shí)，其周圍空氣將發(fā)生電離，在電離過程中，會輻射出含紫外線成分的光波，紫外成像技術(shù)進(jìn)行電量放電檢測，是利用特殊的儀器接收電暈放電產(chǎn)生的信號，經(jīng)過處理后成像并與可見光圖像疊加，達(dá)到確定電暈的位置和強(qiáng)度的目的。

二、換流站帶電檢測項(xiàng)目設(shè)備改造

根據(jù)《電力設(shè)備帶電檢測技術(shù)規(guī)范（試行）》，高頻局部放電檢測技術(shù)是指對頻率介于3MHz-30MHz區(qū)間的局部放電信號進(jìn)行采集、分析、判斷的一種檢測方法，進(jìn)行設(shè)備高頻局部放電帶電檢測需對套管或電容接地線加裝取信號裝置（高頻或普通測量CT）改造。

（1）變壓器類設(shè)備高頻檢測從套管末屏接地線、高壓電纜接地線（變壓器為電纜出線結(jié)構(gòu)）、鐵芯和夾件接地線上取信號，正常時(shí)應(yīng)無典型放電圖譜。

（2）套管、電流互感器、電壓互感器、耦合電容器、避雷器類設(shè)備高頻檢測從套管末屏或電容接地線上取信號，正常時(shí)應(yīng)無典型放電圖譜。

（3）套管、電流互感器、電壓互感器、耦合電容器相對介質(zhì)損耗因素、相對電容量比值帶電檢測和高頻局放檢測改造方法相同，在套管末屏或電容接地線上取信號進(jìn)行測量。

針對換流站換流變壓器（ABB結(jié)構(gòu)）以及電抗器，采用套管末屏引出檢測的方式，進(jìn)行變壓器高頻局放帶電檢測。其中高頻HFCT用來測量局部放電，普通CT用來檢測泄露電流，在可能引入PT信號情況下可以檢測套管電容和介損，或進(jìn)行套管電容和介損比對測試。

由于ABB換流變壓器閥側(cè)套管末屏結(jié)構(gòu)較為特殊，該換流變在其末屏引出后在控制柜中串聯(lián)一個(gè)1uF電容用來測量閥側(cè)電壓，末屏引出線經(jīng)電容后再返回套管上末屏引出位置接地。其結(jié)構(gòu)。因此合理利用和改造末屏引出這個(gè)特殊結(jié)構(gòu)成為該位置帶電檢測改造的重點(diǎn)工作。

針對現(xiàn)場末屏特殊結(jié)構(gòu)，考慮到設(shè)備運(yùn)行安全性和帶電檢測抗干擾性需要，設(shè)計(jì)了一種在套管末屏引出線裝置“原有結(jié)構(gòu)”后加裝一同樣尺寸的“改造結(jié)構(gòu)”，從此“改造結(jié)構(gòu)”中引出末屏連接線至傳感器箱（此傳感器箱固定在末屏附近位置），在箱內(nèi)穿過HFCT傳感器和CT后返回“原有結(jié)構(gòu)”，再由末屏蓋將引出線可靠接地。HFCT和CT的二次由箱內(nèi)引出至地面控制柜內(nèi)，在后期接入專用帶電檢測儀器進(jìn)行檢測。這樣改造方案充分利用了原有的末屏引出結(jié)構(gòu)和末屏就近接地方式，并未改變原有的末屏連接接地結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)運(yùn)行安全和電壓測量不產(chǎn)生影響。

三、換流站設(shè)備帶電檢測應(yīng)用實(shí)例

（一）紅外測溫發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱異常。2011年7月5日，某換流站運(yùn)檢人員對全站設(shè)備進(jìn)行紅外精確測溫時(shí)發(fā)現(xiàn)極I平抗出線套管（B套管）柱頭處存在過熱現(xiàn)象，測溫溫度達(dá)到73℃，環(huán)境溫度32℃，極II平抗相同部位測溫為49.7℃，極I平抗油溫正常（30-40℃），根據(jù)DLT664-2008_帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范，套管柱頭位置熱點(diǎn)溫度>55℃為嚴(yán)重缺陷，熱點(diǎn)溫度>80℃為危急缺陷，極I平抗出線套管（B套管）柱頭接頭材質(zhì)為銅鍍銀，發(fā)熱現(xiàn)象屬于嚴(yán)重缺陷。

使用紅外測溫技術(shù)可以準(zhǔn)確有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)的發(fā)熱現(xiàn)象，上述缺陷屬于電流致熱型設(shè)備發(fā)熱問題。

（二）SF6氣體紅外泄漏成像法檢測發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常。2010年9月30日巡檢時(shí)，某換流站運(yùn)檢人員發(fā)現(xiàn)極I極母線直流分壓器壓力下降到1.0bar（8月15日壓力值為1.2bar，9月15日壓力值為1.1bar），雖未達(dá)到報(bào)警定值（極母線直流分壓器壓力低1段報(bào)警定值為0.5bar，壓力低2段報(bào)警定值為0.35bar，壓力低閉鎖跳閘定值為0.2bar），但分析認(rèn)為該分壓器存在漏氣情況。運(yùn)檢人員立即使用手持式檢漏儀對極I極母線直流分壓器底座部分、表計(jì)接頭、相關(guān)管道接頭進(jìn)行檢漏，未發(fā)現(xiàn)明顯漏氣點(diǎn)。通過跟蹤監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)SF6壓力繼續(xù)緩慢下降，10月15日壓力降到0.9bar。隨后運(yùn)檢人員對極I極母線直流分壓器補(bǔ)氣至額定壓力（1.2bar）。

為查明泄漏點(diǎn)，利用SF6紅外泄漏成像儀（型號GF306）對極I極母線直流分壓器進(jìn)行了詳細(xì)檢漏，檢查發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)位于直流分壓器中上部。

漏氣現(xiàn)象明顯，對直流分壓器進(jìn)行了更換，及時(shí)消除了設(shè)備缺陷，防止設(shè)備進(jìn)一步損壞及可能對跨區(qū)電網(wǎng)造成的不良影響。

（三）換流變閥側(cè)套管SF6分解物檢測異常。ABB產(chǎn)換流變閥側(cè)套管為SF6-油絕緣套管，套管內(nèi)部下半部分充油，與變壓器油連通。外部主要包括玻璃纖維帶環(huán)氧樹脂管、硅外裙組成的絕緣體，并充上一定壓力的SF6氣體。

2011年6月1日，某換流站換流變壓器有3只閥側(cè)套管的SF6氣體分解產(chǎn)物數(shù)據(jù)異常。其中，極1Y/Y換流變A相閥側(cè)b套管和極1Y/Y換流變B相閥側(cè)a套管SF6氣體中SO2含量均超過100ppm，極1Y/Y換流變A相閥側(cè)a套管SF6氣體中SO2含量為25ppm。

參照SF6開關(guān)設(shè)備的分解物標(biāo)準(zhǔn)（由于國內(nèi)外目前暫時(shí)沒有套管SF6分解物相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)），SO2含量大于10ppm時(shí)即應(yīng)引起關(guān)注，大于100ppm即是發(fā)生明顯閃絡(luò)放電后的特征（一般表計(jì)的量程在100-150之間），所以3支套管的SO2分解物含量較高，特別是其中兩支高達(dá)300ppm以上。且該站其他25支同類型、同廠家套管，及其它換流站同廠家的SF6套管都未檢測到異常氣體，所以可判斷該3支套管有異常情況，對其進(jìn)行了更換。

（四）紫外放電檢測發(fā)現(xiàn)套管放電異常。2010年12月2日，某換流站極II平抗極母線側(cè)套管距頂部1/3位置處出現(xiàn)間歇性放電現(xiàn)象，將極II電壓降至400千伏，間歇性放電減弱，繼續(xù)將電壓降至350千伏，放電現(xiàn)象消失。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)異常套管上部約三分之一處明顯發(fā)黑，紫外放電檢測發(fā)現(xiàn)亮點(diǎn)處有較為強(qiáng)烈的集中放電現(xiàn)象。

將極II停運(yùn)后，對套管進(jìn)行檢查，共發(fā)現(xiàn)7處異常點(diǎn)，均位于絕緣子柱面，其中最明顯放電痕跡位于從上數(shù)72（大傘）-73（小傘）傘裙間外絕緣接縫處（靠直流場側(cè)），絕緣子表面出現(xiàn)燒損并形成突出固化物，固化物硬度較大、表面粗糙，周圍有放電電弧燒灼痕跡；72-75傘裙間柱面還存在針眼狀黑色疑似放電點(diǎn)6處；傘裙表面未見放電痕跡。判斷固化物為內(nèi)部環(huán)氧樹脂筒放電燒蝕形成，對應(yīng)處環(huán)氧樹脂筒已形成燒蝕凹洞，筒壁與硅橡膠傘裙間有明顯縫隙。

初步判定放電原因?yàn)椋禾坠芄柘鹉z外絕緣分段粘接時(shí)工藝不良，形成內(nèi)部氣隙，在電場作用下產(chǎn)生局部放電，不斷燒蝕該部位的環(huán)氧樹脂筒和硅橡膠絕緣，形成固化物。現(xiàn)場對故障套管進(jìn)行了更換。

四、經(jīng)驗(yàn)及總結(jié)

（1）為準(zhǔn)確的了解設(shè)備狀態(tài)、分析設(shè)備異常原因應(yīng)采用多種檢測方法相結(jié)合的技術(shù)手段，如超聲局放與超高頻局放結(jié)合用于檢測GIS設(shè)備，油中溶解氣體分析與超聲局放檢測結(jié)合用于變壓器內(nèi)部故障定位等。

（2）開展設(shè)備帶電檢測數(shù)據(jù)分析需要豐富的檢測經(jīng)驗(yàn)，需加強(qiáng)檢測工作開展，提高人員檢測水平，促進(jìn)檢測技術(shù)交流。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧萬亭.帶電檢測技術(shù)在湖北智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].湖北電力，2010（01）：29-31.

[2]姚勇.GIS超高頻/超聲波局放檢測方法的現(xiàn)場應(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2008（02）：422-424.

[3]裴斌斌.基于超聲的局放檢測系統(tǒng)[J].電工技術(shù)，2009（11）：43-44.

[4]石幸利.電氣設(shè)備的絕緣缺陷及帶電絕緣檢測[J]，重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（12）：51-53.

[作者簡介]譚靜（1978-），男，國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司一次專責(zé)，工程師；張昕（1977-），男，國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司運(yùn)維主管，工程師；馬曉勇（1987-），男，云南電網(wǎng)公司昭通供電局變電站值班員。