高壓GIS設(shè)備局部放電檢測(cè)特性的研究

李濤 安德寶 馮加坤

摘 要：目前，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，社會(huì)在不斷進(jìn)步，GIS（GasInsulatedSwitchgear，氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備）是以SF6氣體作為絕緣介質(zhì)的高壓電氣設(shè)備，相比于傳統(tǒng)輸電設(shè)備，GIS有著結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、運(yùn)行安全、可靠性高、維護(hù)量小、電磁輻射小等諸多優(yōu)勢(shì)。GIS設(shè)備由鋁合金外殼封閉而成，因此當(dāng)絕緣內(nèi)部出現(xiàn)局部性缺陷時(shí)不易被發(fā)覺(jué)，發(fā)展到一定程度后，就會(huì)造成絕緣擊穿。局部放電檢測(cè)技術(shù)是GIS運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估的有效手段，可以提前發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部早期的局部放電，加以識(shí)別并及時(shí)跟蹤處理，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞：GIS;局部放電;特高頻;超聲波;檢測(cè)特性

引 言

GIS屬于高壓電氣設(shè)備，在外部電壓的影響下，設(shè)備周?chē)鷷?huì)形成一定電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)很大，足以使設(shè)備出現(xiàn)放電現(xiàn)象。這種現(xiàn)象作用范圍有限，放電通道也不固定，但會(huì)對(duì)設(shè)備的絕緣性能造成破壞。當(dāng)這種局部放電現(xiàn)象出現(xiàn)次數(shù)過(guò)多或放電量太大，整個(gè)設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)都會(huì)失效。局部放電檢測(cè)方法有多種，相關(guān)人員要從中選出最佳方法來(lái)進(jìn)行在線檢測(cè)。本文主要針對(duì)GIS局部放電檢測(cè)方法進(jìn)行淺析。

一、聲電聯(lián)合法的GIS局部放電檢測(cè)

超聲波檢測(cè)法通過(guò)接收安裝在GIS腔體外壁的超聲波傳感器來(lái)檢測(cè)局放源發(fā)出的超聲波信號(hào)，受外界噪聲的影響小，抗干擾能力強(qiáng)，定位精度高。超聲波法在實(shí)際應(yīng)用存在以下問(wèn)題：（1）需要通過(guò)黏結(jié)劑將傳感器貼在GIS殼體表面，粘貼的效果對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大;（2）在電力設(shè)備介質(zhì)中衰減較大，影響了檢測(cè)的有效空間范圍。超高頻檢測(cè)法（UHF）通過(guò)UHF傳感器對(duì)GIS設(shè)備中發(fā)生局部放電時(shí)產(chǎn)生的超高頻電磁波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而獲得局部放電的相關(guān)信息。UHF法由于檢測(cè)頻率高，能夠有效避開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)電暈等干擾，檢測(cè)靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)絕緣缺陷類(lèi)型識(shí)別。但是UHF法難以實(shí)現(xiàn)局部放電的精確定位，定位范圍往往確定在1～2個(gè)氣室內(nèi)。本文提出的GIS局部放電的聲電聯(lián)合測(cè)試法，是將超高頻測(cè)試法與超聲波測(cè)試法相結(jié)合，如在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，兩種方法可互相驗(yàn)證，還可以通過(guò)聲電聯(lián)合法實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的精確定位。UHF法與超聲法兩種方法具有互補(bǔ)特性，采用聲電聯(lián)合法技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)GIS局部放電在線檢測(cè)。聲電聯(lián)合法既具有UHF法不受設(shè)備機(jī)械振動(dòng)等環(huán)境影響、定位快速的特性，又具備了超聲的抗電氣干擾能力強(qiáng)、定位準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

二、高壓GIS設(shè)備局部放電檢測(cè)特性的研究

2.1盆式絕緣子的放電

目前在GIS交流耐壓試驗(yàn)中，往往允許在老練過(guò)程中出現(xiàn)1-2次放電擊穿，如果重新升壓后，GIS耐受了lmin，無(wú)擊穿或閃絡(luò)，仍認(rèn)為GIS耐壓試驗(yàn)合格。這樣做的原因是認(rèn)為老練中的擊穿會(huì)將電極毛刺和遺留異物燒掉，不會(huì)對(duì)主絕緣構(gòu)成破壞。但是如果在耐壓中發(fā)生了絕緣子表面的閃絡(luò)，則很有可能對(duì)絕緣子固體絕緣造成損傷。閃絡(luò)后的絕緣子經(jīng)過(guò)一段恢復(fù)時(shí)間后通常能夠承受工頻耐壓，目前的交流耐壓試驗(yàn)中還不能判斷老練擊穿的發(fā)生部位，因此很多GIS中很可能己經(jīng)有這些表面閃絡(luò)的絕緣子在運(yùn)行。這些絕緣子的性能會(huì)逐漸劣化，具有安全隱患，研究表明可以通過(guò)局部放電檢測(cè)發(fā)現(xiàn)經(jīng)受了閃絡(luò)的絕緣子。試驗(yàn)研究在GIS內(nèi)安裝閃絡(luò)后的絕緣子，使其交流耐壓合格，然后檢測(cè)GIS內(nèi)部是否有局部放電出現(xiàn)。閃絡(luò)痕跡長(zhǎng)約1Ocm，貫穿中心導(dǎo)體和外殼密封圈，痕跡寬約lOmm，痕跡中央有碳化線條。SF6氣體的表壓為0.45MPa，外施電壓5OkV。

2.2加強(qiáng)設(shè)備的質(zhì)量監(jiān)督

設(shè)備在出廠前，必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量檢查，如果不合格，要求查明原因，并加以解決，必須保證產(chǎn)品的高質(zhì)量。對(duì)于特殊的元件，例如絕緣件的制作，在加工時(shí)應(yīng)做特殊加工。此外，務(wù)必重視生產(chǎn)車(chē)間的環(huán)境和清潔度。（1）建立完善的質(zhì)量保證體系，進(jìn)行多級(jí)檢查，并做好檢查記錄，上道工序未達(dá)標(biāo)，堅(jiān)決不進(jìn)行下道工序。對(duì)于出售的設(shè)備，進(jìn)行定期檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，立即停止作業(yè)，查明原因及時(shí)解決。（2）重視技術(shù)創(chuàng)新，加大管理力度，制訂相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，加強(qiáng)工作人員的安全意識(shí)，促使其盡職盡責(zé)，保證設(shè)備的合格率。加強(qiáng)技術(shù)人員交流，在處理重大故障時(shí)，由多人共同商榷，集思廣益，全面考慮，制訂出可行的對(duì)策，同時(shí)聘請(qǐng)業(yè)內(nèi)的專(zhuān)家教授進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，學(xué)習(xí)更多的新方法、新技術(shù)。

2.3超聲波檢測(cè)法

在這種方法中，需要準(zhǔn)備SF6氣體，在方法落實(shí)中，要對(duì)其進(jìn)行觀察，并促使其后續(xù)變化能形成超聲波。在具體試驗(yàn)檢測(cè)中，GIS設(shè)備的局部放電會(huì)產(chǎn)生電流脈沖，在該脈沖的作用下，放電部位周?chē)鷾囟葧?huì)飆升，該處的氣體受溫度變化影響，體積會(huì)變大。當(dāng)溫度降低或溫度不再發(fā)生升高變化時(shí)，氣體體積會(huì)恢復(fù)原狀，局部放電處相關(guān)區(qū)域體積也會(huì)縮小。在該區(qū)域體積發(fā)生變化前后，該處的相關(guān)介質(zhì)密集程度也不再保持原狀，這會(huì)直接產(chǎn)生超聲波。相關(guān)人員在利用該種設(shè)備檢測(cè)放電現(xiàn)象時(shí)，一般需要對(duì)放電過(guò)程中產(chǎn)生的信息進(jìn)行采集和分析，采集設(shè)備為傳感器，主要安裝在GIS設(shè)備外表面上，這種傳感器會(huì)對(duì)實(shí)際中產(chǎn)生的超聲波進(jìn)行采集。傳感器獨(dú)立運(yùn)行，并不會(huì)對(duì)其他設(shè)備造成干擾，其本身運(yùn)行也不會(huì)受到任何干擾。相關(guān)人員要保證傳感器位置準(zhǔn)確、安裝有效，如此GIS設(shè)備才會(huì)接受全面檢測(cè)，局部放電現(xiàn)象的檢測(cè)精度才會(huì)提高。

2.4 GIS內(nèi)金屬微粒的放電

在交流耐壓中閃絡(luò)或運(yùn)行中擊穿的GIS內(nèi)部，往往發(fā)現(xiàn)金屬微粒。這些微粒可能來(lái)自機(jī)加工碎屑、裝配遺留、開(kāi)關(guān)觸頭摩損等。金屬微粒會(huì)改變GIS內(nèi)電場(chǎng)的分布，造成局部場(chǎng)強(qiáng)的升高，也會(huì)感應(yīng)帶電，從而引起放電性故障。若金屬自由微粒在極間發(fā)生跳動(dòng)，則對(duì)SF6氣體的絕緣性能產(chǎn)生更不利的影響，危害性極大，最終導(dǎo)致接地故障。

2.5 GIS內(nèi)絕緣絲線的放電

在GIS組裝的最后工序中，有清潔內(nèi)部殼體和導(dǎo)體的要求，在用棉布清理的過(guò)程中，若不注意可能會(huì)留下棉線。在GIS現(xiàn)場(chǎng)裝配和解體過(guò)程中，要求盡量使用專(zhuān)用的清潔紙，避免棉布掉毛或棉線刮到導(dǎo)體和絕緣子上。作業(yè)人員在施工時(shí)，勞保衣服也有可能存在線頭掉落，所以在設(shè)備封口前，必須仔細(xì)檢查并確認(rèn)無(wú)任何異物遺留。本次模擬試驗(yàn)中將長(zhǎng)85mm的一根棉線放在導(dǎo)體屏蔽罩下方的母線筒壁上。SF6氣體的表壓為0.45MPa，外施電壓40kVo。

結(jié) 語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，GIS設(shè)備在水電工程建設(shè)中必將發(fā)揮重要的作用，但其頻繁發(fā)生故障也是阻礙GIS設(shè)備應(yīng)用普及的主要問(wèn)題之一。本文通過(guò)對(duì)GIS設(shè)備局部放電的分析，提出防患局部放電故障的對(duì)策，對(duì)實(shí)際運(yùn)行、維修工作具有一定的參考價(jià)值。對(duì)于運(yùn)行期間發(fā)生的故障，應(yīng)找準(zhǔn)原因，及時(shí)采取相應(yīng)措施解決，避免產(chǎn)生嚴(yán)重的事故;在平常應(yīng)加大對(duì)設(shè)備的檢修力度，積極摸索新型的檢測(cè)手段，對(duì)于設(shè)備的安全運(yùn)行及水電工程的發(fā)展具有重要的意義。

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