特高頻局放在線監(jiān)測在GIS 設(shè)備中的應(yīng)用及案例分析

張銳

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京210000）

1 特高頻局放在線監(jiān)測系統(tǒng)

目前常見應(yīng)用于現(xiàn)場的局放在線監(jiān)測方法主要分為特高頻法和超聲波法。由于特高頻法具有較好的抗干擾性和靈敏性，且能適用于各種類型的缺陷，因此也得到了更廣泛的使用。

特高頻局部放電監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器、信號(hào)處理單元RTU及分析診斷系統(tǒng)PDM 組成。通過傳感器采集信號(hào)并傳輸至信號(hào)處理單元進(jìn)行過濾及轉(zhuǎn)化，再上傳至數(shù)據(jù)庫并通過診斷系統(tǒng)進(jìn)行診斷分析。

1.1 傳感器

根據(jù)不同的GIS 結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場需求，特高頻傳感器可采用內(nèi)置式或外置式。內(nèi)置式傳感器可以安裝在GIS 設(shè)備檢測窗，需在GIS 生產(chǎn)過程中預(yù)先安裝；外置式傳感器在已經(jīng)運(yùn)行的GIS 上無需停電即可進(jìn)行安裝；外置式的噪音傳感器可以安裝于GIS 范圍內(nèi)，如斷路器、隔離開關(guān)等部位。幾種類型傳感器參數(shù)如表1 所示。

表1 傳感器參數(shù)

1.2 信號(hào)處理單元RTU

RTU 數(shù)據(jù)處理單元采用高性能同軸電纜與特高頻傳感器進(jìn)行連接。通過硬件濾波電路、混頻放大、高速采樣及小波閾值濾波等多種抗干擾技術(shù)，提取有效的內(nèi)部放電信號(hào)，進(jìn)過PRPS 和PRPD 算法處理后通過TCP/IP 上傳至中央處理單元。

1.3 分析診斷系統(tǒng)PDM

PDM 主要由Engine 和Client 兩部分組成，Engine 主要控制數(shù)據(jù)的接入及系統(tǒng)的運(yùn)行，Client 主要用于遠(yuǎn)程客戶端的接入及顯示。該系統(tǒng)能夠通過網(wǎng)絡(luò)對每個(gè)傳感器進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問，包括實(shí)時(shí)監(jiān)測、分析、診斷、保存?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)、遠(yuǎn)程報(bào)警以及相位同步等功能。

2 GIS 局放種類及典型圖譜

GIS 局部放電大體可分為自由顆粒、尖端電極、懸浮電極和絕緣缺陷四類，典型圖譜如圖1 所示。

自由顆粒是大量粉塵后金屬粒子被保留在氣室內(nèi)部形成的一種放電，表現(xiàn)的特征是在0-360°的相位上都有信號(hào)，視在放電量大小在上百或幾百pC。

尖端電極是生產(chǎn)時(shí)的誤操作導(dǎo)致樹突狀的導(dǎo)電粒子保留在導(dǎo)體和外殼內(nèi)表上形成的一種電暈放電，主要表現(xiàn)在90°和270°，放電量在幾十到幾百pC。

懸浮電極主要由GIS 的金屬連接處松動(dòng)導(dǎo)致，信號(hào)集中表現(xiàn)在0-90°、180°-270°和340°-360°，放電量在幾百到幾千pC。

絕緣缺陷是絕緣件在生產(chǎn)或組裝過程中形成的一種比較常見的放電類型，主要表現(xiàn)在0-90°和180°-270°，放電量在幾十到幾百pC（圖1）。

3 案例分析

2017 年8 月2 日12 時(shí)58 分，某變電站1000kV GIS 特高頻局部放電在線監(jiān)測裝置發(fā)報(bào)警信號(hào)，T0121 流變A 相、T0122 流變A 相、T01367 線路接地閘刀A 相等三處氣室同時(shí)報(bào)局放異常，圖譜具有“兔耳”特征。當(dāng)日16:30 報(bào)警信號(hào)消失，約40 分鐘后又間歇性報(bào)警，在線監(jiān)測圖譜如圖2 所示。

隨后，電科院、局放在線監(jiān)測廠家等單位在現(xiàn)場進(jìn)行了局放復(fù)測，經(jīng)檢測判斷異常信號(hào)來自GIS 內(nèi)部，信號(hào)源位于T012 斷路器A 相與T0122 流變A 相之間的不通氣盆式絕緣子附近，可能存在絕緣子內(nèi)部氣隙缺陷，后經(jīng)匯報(bào)緊急拉停T012 斷路器。對該斷路器進(jìn)行返廠相關(guān)電氣試驗(yàn)，確認(rèn)762kV 下存在異常局部放電，局放值在80-160pC，局放定位在斷路器靜側(cè)。

對該斷路器進(jìn)行解體檢查，將靜側(cè)絕緣支撐筒封入試驗(yàn)工裝，進(jìn)行局放試驗(yàn)。試驗(yàn)加壓順序?yàn)椋?kV→635kV/5min→960kV/5min→825kV/10min→762kV/10min→試驗(yàn)結(jié)束（試驗(yàn)變壓器最高加壓值為960kV）。發(fā)現(xiàn)支撐筒局放異常，局放起始電壓約為431kV，升壓至635kV 時(shí)，最大局放量約10 萬pC，為防止試品擊穿，立刻將電壓降至0。GIS 廠家認(rèn)為絕緣支撐筒未安置穩(wěn)固導(dǎo)致局放異常，更換固定措施后進(jìn)行第二次局放試驗(yàn)，試驗(yàn)加壓順序不變。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)絕緣支撐筒仍局放異常，局放起始電壓約為555kV，升壓至635kV 時(shí)，最大局放量約96000pC，為防止試品擊穿，立刻將電壓降至0。

圖1 GIS 局放典型圖譜

圖2 局放在線監(jiān)測圖譜

為進(jìn)一步確定缺陷位置，對絕緣支撐件進(jìn)行強(qiáng)光探缺檢查，發(fā)現(xiàn)絕緣筒靠近端蓋側(cè)接縫有黑色痕跡。為屏蔽疑似缺陷的影響，用排除法將絕緣支撐件兩端均加裝屏蔽罩，并從絕緣支撐件與導(dǎo)桿連接側(cè)加壓，進(jìn)行第三次局放試驗(yàn)，試驗(yàn)加壓順序不變。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)絕緣支撐件在加壓至960kV 時(shí)出現(xiàn)局放異常，局放量持續(xù)在4.5pC 以上，最大局放量約為5.8pC，其余加壓值下局放未見異常。

為真實(shí)反映斷路器實(shí)際工況下的局放情況，將靜側(cè)支撐絕緣筒試驗(yàn)姿態(tài)與實(shí)際工況姿態(tài)保持一致，即實(shí)際工況下滅弧室側(cè)連接到加壓部分，斷路器端蓋側(cè)去除屏蔽罩并接地，再次進(jìn)行局放檢測，試驗(yàn)加壓順序不變。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)絕緣支撐筒仍局放異常，局放起始電壓約為500kV，升壓至960kV時(shí)，局放量約1000pC，降至762kV 時(shí)，局放量仍有1000 多pC，而且隨著時(shí)間逐步增長，實(shí)驗(yàn)過程中示波器采集的放電脈沖信號(hào)與2017 年8 月現(xiàn)場檢查的信號(hào)特征吻合，由此判斷支撐筒局放超標(biāo)是導(dǎo)致現(xiàn)場運(yùn)行中局放異常的原因。

4 結(jié)論

特高頻局放在線監(jiān)測作為一套輔助監(jiān)測系統(tǒng)，對于GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣故障診斷具有一定的預(yù)見性，通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化趨勢，可及時(shí)提醒廠站采取有效措施防止事故的發(fā)生和擴(kuò)大，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有廣泛的應(yīng)用前景。