GIS設(shè)備金屬顆粒放電的帶電檢測方法

鄭瑩瑩 ，呂俊濤 ，周大洲 ，黃 銳 ，任敬國

（1.山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013；2.國網(wǎng)山東省電力公司，山東 濟南 250001；3.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟南 250003）

0 引言

氣體絕緣封閉組合電器（Gas Insulated Switchgear，GIS）具有占地面積小、可靠性高和模塊化設(shè)計安裝方便等特點，因此被廣泛地應(yīng)用到變電站開關(guān)設(shè)備中[1-3]。模塊化和緊湊型設(shè)計導(dǎo)致GIS設(shè)備內(nèi)部缺陷處理復(fù)雜，檢修周期較長。因此，需要研究和提高GIS設(shè)備的帶電檢測和異常診斷技術(shù)，提高GIS設(shè)備檢修效率[4-6]。

以某220 kV母線電壓互感器間隔的金屬顆粒放電為例，提出一種用于變電站內(nèi)GIS設(shè)備金屬顆粒放電的帶電檢測方法，利用超聲波局放檢測的圖譜分析、幅值法定位和頻率法定位，結(jié)合特高頻局放檢測、SF6氣體濕度和成分分析，實現(xiàn)GIS設(shè)備內(nèi)部顆粒放電的異常診斷。

1 典型氣室缺陷情況

對某變電站220 kV GIS超聲波局部放電檢測時，在電壓互感器A相隔離開關(guān)氣室檢測到明顯超聲波異常信號，信號位于罐體底部且幅值不穩(wěn)定，跳躍明顯，飛行模式具有典型自由顆粒特征。特高頻局部放電檢測發(fā)現(xiàn)A相內(nèi)部存在微弱的放電信號。SF6氣體成分分析結(jié)果未見明顯異常。分析認為電壓互感器A相隔離開關(guān)氣室超聲波異常信號是由隔離開關(guān)氣室底部的自由顆粒引起的。

2 超聲波局放檢測

2.1 超聲波初步檢測

對變電站220 kV GIS超聲波局部放電檢測時，在電壓互感器A相隔離開關(guān)氣室檢測到明顯超聲波異常信號，信號幅值不穩(wěn)定，跳躍明顯。超聲波局部放電測試位置如圖1所示。

對比9個測點的異常信號，發(fā)現(xiàn)測點4和測點5的A相存在異常信號，其他測點均無異常。測點5的A相最大信號峰值為30 mV，測點4的A相最大信號峰值為15 mV，均有一定的50 Hz和100 Hz相關(guān)性，但不明顯。因此，初步判斷A相隔離開關(guān)氣室存在異常信號。

圖1 超聲波局部放電測試位置

2.2 超聲波圖譜分析

將超聲波傳感器放于測點5位置的罐體底部，檢測到的局部放電測試圖譜如圖2所示。連續(xù)模式下，A相信號峰值約為31.2 mV，空氣背景峰值和B相信號峰值均不大于0.9 mV，50 Hz相關(guān)性和100 Hz相關(guān)性不明顯。飛行模式下，A相圖譜存在明顯的圖形特征，呈駝峰狀分布，B相圖譜與背景圖譜無明顯差異，具有典型的自由顆粒信號特征。相位模式下，A相圖譜具有一定的相位特征，B相圖譜與背景圖譜無明顯差異。

圖2 超聲波局部放電測試圖譜

2.3 局部放電源的定位

1）幅值法定位。采用幅值比較法對異常信號進行定位，將傳感器在A相隔離開關(guān)氣室表面進行橫向和縱向移動，確定信號最大點位于罐體底部，信號區(qū)域集中于中下部，上部無信號。由此初步判斷，信號位于罐體底部外殼內(nèi)。

2）頻率法定位。分別設(shè)置超聲波局放測試儀AIA-2的截止頻率為 10 kHz～100 kHz和 10 kHz～50 kHz，觀察信號幅值變化情況，發(fā)現(xiàn)改變頻率后，信號幅值有明顯的降低，因此，可判斷異常信號來自內(nèi)部殼體上。兩次測試的飛行圖譜如圖3所示。

3 GIS特高頻局放檢測

對異常信號所在母線段的電壓互感器隔離開關(guān)氣室進行特高頻局部放電檢測，檢測部位為隔離開關(guān)氣室兩側(cè)的盆式絕緣子，特高頻PRPD和PRPS圖譜見圖4。特高頻局放放電檢測時，空氣背景中存在較大的放電信號，通過多功能局部放電定位系統(tǒng)G1500進行定位，確定該放電信號為干擾信號。

圖3 超聲波局部放電測試飛行圖譜

通過對比檢測發(fā)現(xiàn)，A相兩側(cè)絕緣盆均可檢測到放電信號，無任何周期性規(guī)律，B，C相兩側(cè)絕緣盆未發(fā)現(xiàn)任何放電信號。因此，可以確認A相內(nèi)部存在較小幅值的放電信號。

圖4 特高頻局部放電測試圖譜

4 SF6氣體濕度和成分分析

采用SF6氣體分解物檢測儀對電壓互感器A相隔離開關(guān)氣室進行SF6成分分析和微水檢測，結(jié)果如表1所示。測試結(jié)果無異常。

表1 SF6氣體濕度及成分表 μL/L

5 綜合診斷

超聲波局部放電測試，在電壓互感器A相隔離開關(guān)氣室檢測到明顯超聲波異常信號，信號幅值不穩(wěn)定，跳躍明顯，飛行圖譜呈明顯的駝峰狀，具有典型自由顆粒特征。信號定位位于A相隔離開關(guān)氣室底部，符合自由顆粒特征。測試人員對該信號進行復(fù)測，復(fù)測結(jié)果表明該超聲波異常信號一直存在。由此綜合分析，確定罐體底部存在自由顆粒，查閱該設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，該部位為隔離開關(guān)斷口下方，判斷可能是隔離開關(guān)分合過程中產(chǎn)生金屬顆粒掉落在罐體底部。通常情況下，顆粒產(chǎn)生的放電信號較弱，故特高頻局部放電檢測發(fā)現(xiàn)較小的放電信號，SF6氣體成分分析結(jié)果未見異常。

該自由顆粒位于母線上隔離開關(guān)氣室的底部，并處于持續(xù)跳躍狀態(tài)。若該顆粒跳躍至絕緣件表面，會引發(fā)絕緣表面閃絡(luò)擊穿，導(dǎo)致220 kV母線停電，引發(fā)電網(wǎng)停電事故。因此，建議盡快安排停電處理，停電前應(yīng)加強帶電檢測，縮短帶電檢測周期，密切關(guān)注信號變化趨勢。

圖5 放電位置示意

6 結(jié)語

以某220 kV母線電壓互感器間隔的金屬顆粒放電信號為例，提出一種用于變電站內(nèi)GIS設(shè)備金屬顆粒放電的帶電檢測方法，利用超聲波局放檢測的圖譜分析、幅值法定位和頻率法定位，結(jié)合特高頻局放檢測、SF6氣體濕度和成分分析，實現(xiàn)GIS設(shè)備內(nèi)部顆粒放電的精確定位和狀態(tài)評估，為GIS設(shè)備內(nèi)部金屬顆粒放電提供了一種有效的綜合檢測手段。通過案例分析可知，超聲波法對內(nèi)部自由顆粒具有較高的靈敏性，現(xiàn)場對斷路器、隔離開關(guān)斷口等容易產(chǎn)生金屬顆粒的部分應(yīng)加強檢測。