多種狀態檢修技術排查罐式金屬氧化物避雷器絕緣老化

潘 超，童 鑫，秦 鵬，楊治綱，周章斌

（國網安徽省電力公司 合肥供電公司，合肥 230022）

狀態檢修 （CBM）是指根據先進的狀態監測和診斷技術提供的設備狀態信息，判斷設備的異常，預知設備的故障，在故障發生前進行檢修的方式，即根據設備的健康狀態來安排檢修計劃，實施設備檢修。相較于原來的定期例行檢修，狀態檢修可以及時發現設備存在的潛在不安全因素，排除因檢修周期未到而無法及時消除隱患的弊端，同時，對于運行狀態良好的設備，可適當延長檢修周期，避免人力、物力不必要的浪費，所以國家電網公司近期正大力推行和深化狀態檢修。由于目前不同電力設備的狀態檢修技術發展并不平衡，各種狀態檢修儀器制造商的水平也良莠不齊，因此國家電網公司發布的狀態檢修規程對于狀態檢修的檢測數據判斷尚不完善，對于電力設備是否存在缺陷的判定仍需進行進一步研究。

氣體絕緣全封閉式組合電器 （GIS）因優點多，近年來在新投運的變電站已普遍采用，然而由于開罐解體檢修繁瑣，并且可能存在其他隱患，所以對于GIS內部元器件缺陷的判定需要尤為慎重。其中，GIS用的罐式MOA大量存在于GIS中，因其封閉在氣室內，對于其狀態量的檢測存在較大的難度，并且由于其既存在普通戶外式避雷器的特點，又具有GIS的特點，所以需要利用聯合普通戶外式避雷器和GIS的狀態檢修技術進行綜合檢測判斷。本文以合肥供電公司某220 kV變電站罐式MOA絕緣老化進行排查為例，介紹案例中所使用的避雷器放電記數在線監測、運行中持續電流檢測以及GIS超聲波局放檢測等狀態檢修技術，旨在為罐式MOA絕緣老化隱患排查提供有價值的參考。

1 案例經過

某220kV變電站110kV GIS設備于2007年11月24日投入運行，其220kV 1號主變110 kV側A相避雷器型號為Y10WF-106／266，由新東北電氣（沈陽）高壓開關有限公司制造。2012年2月在設備巡視時發現其在線監測儀顯示泄露電流約為0.68mA，其余兩相均顯示約為0.5 mA，但設備運行暫時無明顯異常。經過進一步跟蹤關注，合肥供電公司于2012年3月12日安排專業班組和相關設備廠家人員對該間隔避雷器進行運行中持續電流檢測和GIS局放檢測。其中，帶電測試結果與在線監測儀顯示數值一致，并且A相阻性電流為330μA，B、C相阻性電流分別為38、45μA，符合文獻［1］中5.16.1.4規定的“與同組間其他避雷器測量結果相比較，增加1倍時應停電檢修”，同時GIS超聲波局放檢測也確定該處有帶電粒子并存在局部放電現象。鑒于綜上所述的試驗結果，合肥供電公司決定將該避雷器從GIS上脫離進行試驗，結果表明該項避雷器確已發生絕緣老化。

2 檢測分析方法

本次的缺陷消除過程中運用了多種狀態檢修技術，主要包括避雷器放電記數在線監測［2］、避雷器運行中持續電流檢測［3］和GIS超聲波局放檢測技術［4］。綜合這些狀態檢修技術共同確立該項缺陷，并最終在缺陷沒有造成損失之前進行消除。

2.1 避雷器放電記數在線監測

避雷器放電記數在線監測是目前較常見的技術，無論是GIS變電站中的避雷器還是敞開式變電站中的避雷器都采用了此項技術，一般與避雷器共同投運［5］。

（1）檢測的狀態量

本項在線檢測技術主要檢測避雷器在運行過程中的放電次數和泄露電流（全電流Ix）。放電次數主要表征該避雷器限制過電壓的次數，泄露電流主要表征該避雷器運行過程中整體的絕緣狀況［6］。這兩項狀態量是表征避雷器運行狀態的兩項重要基本參數，也是較為容易檢測的量，所以目前該項狀態檢修技術使用的非常普遍。

（2）檢測方法

本項技術的在線監測儀主要由閥片、整流硅堆、電容器和電磁記數器等組成，將該在線監測儀串聯在避雷器底座法蘭和地線之間即可［7］。

（3）測試結果

本次案例中的缺陷最初即是通過避雷器放電記數在線監測發現的，在進行設備巡視過程中，有關人員在進行設備巡視時，發現220kV某變電站220kV 1號主變110kV側三相避雷器泄露電流值之間存在差異，具體值如表1所示。

表1 放電記數器在線監測儀顯示數據

由于相關的規程和標準對于泄露電流Ix尚無明確條文并且設備運行無明顯異常，因此決定對該間隔進行進一步跟蹤關注，并安排相關專業人員利用其他狀態檢修技術進行復測。

2.2 避雷器運行中持續電流檢測

避雷器運行中持續電流檢測也是一項常規的帶電檢測技術，也是MOA的一項例行試驗項目，文獻［1］中5.16.1.4規定“具備帶電檢測條件時，宜在每年雷雨季節前進行本項目”。

（1）檢測的狀態量。本項狀態檢修技術有多種測試方法，主要包括阻性電流基波法、三次諧波法、容性電流補償法、零序電流法等［8-10］。目前使用較為普遍的阻性電流基波法，主要檢測避雷器在運行過程中的阻性電流IR和全電流Ix。阻性電流IR是避雷器運行過程中的一項重要狀態量，當避雷器的閥片老化、避雷器受潮、內部絕緣部件受損以及表面嚴重污穢時，其容性電流Ic變化不大，但是其阻性電流IR會有明顯增加［11］。

（2）檢測方法。避雷器運行中各持續電流分量及電壓之間的關系如圖1所示。由于避雷器泄露電流（全電流）Ix中的阻性分量IR與流過避雷器的電壓U同相位，所以圖1中所示φ既表示阻性電流IR與全電流Ix之間的相位角，也表示電壓U與全電流Ix之間的相位角。為了檢測出阻性電流IR，只需檢測出全電流Ix以及全電流Ix與電壓U之間的相位角φ即可［12］。具體裝置工作原理圖［13］如圖2所示。

（3）測試結果。本項技術的檢測結果是最終確定本案例中缺陷的重要佐證，本次檢測結果如表2所示，往年檢測結果如表3所示。

圖1 避雷器運行中各持續電流分量及電壓之間的關系

圖2 避雷器運行中持續電流檢測裝置原理圖

表2 本次避雷器運行中持續電流檢測數據

根據文獻［1］中5.16.1.4“通過與歷史數據與同組間其他金屬氧化物避雷器的測量結果相比較做出判斷，彼此應無顯著差異。當阻性電流增加0.5倍時應縮短試驗周期并加強監測，增加1倍時應增加停電檢查。”的規定，某變電站220kV 1號主變110kV側A相避雷器，阻性電流增加已遠高于1倍，該避雷器應進行停電檢查。由于該避雷器處在SF6氣體絕緣的套筒中，屬于GIS的一部分，該避雷器又具有GIS的特點［14］，但僅靠避雷器運行中持續電流帶電檢測仍無法確定為是否為該避雷器的缺陷以及何種缺陷。

2.3 GIS超聲波局放檢測

GIS超聲波局放檢測是近年來剛剛開展的工作項目，2014年1月10日施行的文獻［1］中新增的GIS例行試驗項目，原《輸變電設備狀態檢修試驗規程》［15］中尚無該工作項目。

（1）檢測狀態量

各類GIS超聲波局放檢測設備檢測的狀態量有所區別，總的來說檢測的基本狀態量都為聲脈沖的次數、幅值、能量、相位或者波形等［4］。并且在這些基本狀態量的基礎上，經過信號處理而獲得聲脈沖相關性特征指數（TAFI）、聲脈沖特征指數分布（TAFID）等，進而識別接地或帶電部分上的凸起、自由移動或固定顆粒、絕緣子中的氣泡和缺陷以及電位懸浮或機械松動屏蔽［16］等各類缺陷的。

（2）檢測方法

在局部放電瞬間產生電弧，或氣體絕緣開關的游離粒子產生運動，并與殼體產生碰撞，都會產生聲脈沖。該聲脈沖的持續時間極短，具有人耳聽不見的較高頻率［17］。它可在氣體及變壓器油等介質中傳播，并被安裝于GIS或變壓器外殼的高靈敏度的聲發射傳感器探測到。通過掌上型聲發射檢測系統對信號進行數據采集、顯示、存儲及信號處理，可去除噪聲，達到識別局放信號或游離粒子碰撞信號的目的。

（3）測試結果

本項技術的測試結果進一步確認了本案例中發生的缺陷，其現場測試數據如圖3所示。

由圖3（b）可得，特征指數1中聲脈沖有明顯集中，基本呈線狀，可基本判斷存在一定的局放或者帶電顆粒［18-20］。在圖3（a）、（c）及（d）中暫時無法判斷是否存在缺陷，為了進一步確認該間隔是否存在缺陷，對現場測試數據做進一步的分析提取，結果如圖4所示。

從圖4（a）中可得，該脈沖信號分別在135°和315°達到最大幅值，從圖4（b）可得，在一個周期內聲脈沖的幅值與相位基本呈對稱分布，且放電幅值分布較廣，符合局放信號呈180°對稱的特征規律［21-22］，可以確認此處存在局部放電。

表3 往年避雷器運行中持續電流檢測數據

圖3 GIS超聲波局放檢測現場測試數據

圖4 對GIS超聲波局放檢測現場測試數據的分析提取結果

2.4 停電檢查

綜合上述狀態檢修技術手段，經過分析討論，最終決定將該避雷器從GIS上脫離。從現場看該避雷器無明顯放電痕跡，對該避雷器進行絕緣電阻測試和直流1mA電壓（U1mA）及0.75U1mA下的泄露電流測試，其試驗數據如表4所示。

表4 絕緣電阻測試、直流1mA電壓（U1mA）及0.75 U1mA下的泄露電流測試數據

由表4中試驗數據可確認A相避雷器絕緣確已老化［5］，需更換。

3 結語

避雷器放電記數在線監測、避雷器運行中持續電流檢測和GIS局放超聲波檢測技術確能發現避雷器絕緣老化。

由于狀態檢修技術仍處于發展階段并且測試儀器廠家眾多，對于上述單一狀態檢修技術的測試結果仍無法完全信賴，需要多種狀態檢修技術共同驗證。

狀態檢修技術可以在設備發生事故之前發現其缺陷，避免發生設備所造成的損失，保證電網、設備的安全穩定運行。

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