220 kV GIS 母線快速接地開關(guān)異響診斷

喬勝亞，朱 晨，李光茂，楊 森，周鴻鈴

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局，廣州 510410）

0 引言

GIS（氣體絕緣全封閉組合電器）內(nèi)部絕緣缺陷和機(jī)械類故障是影響設(shè)備安全可靠運(yùn)行的重要因素[1-3]。GIS 母線快速接地開關(guān)作為接地開關(guān)的一類重要設(shè)備[4-6]，除了有在斷路器重合閘前能消除潛供電弧的作用外，還有一個(gè)作用就是當(dāng)GIS內(nèi)部出現(xiàn)短路接地時(shí)，在母線管里會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧，它可以在很短的時(shí)間里將外殼燒穿，或者發(fā)生母線管爆炸[7-9]。為了能及時(shí)切斷電弧電源，通過(guò)快速接地開關(guān)人為地使電路直接接地，通過(guò)繼電保護(hù)裝置將斷路器跳閘，從而切斷故障電流，保護(hù)設(shè)備不致?lián)p傷過(guò)大[10]。

運(yùn)行人員在巡查時(shí)發(fā)現(xiàn)220 kV GIS 母線快速接地開關(guān)A 及B 均有異響，接地開關(guān)A 聲音有間歇性，試驗(yàn)專業(yè)立即組織專業(yè)診斷。本文對(duì)該GIS 母線快速接地開關(guān)進(jìn)行5 種方法的檢測(cè)和定位，總結(jié)了GIS 設(shè)備在缺陷排查和故障定位等方面的經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)同類型設(shè)備的運(yùn)維工作提供參考和指導(dǎo)。

1 前期分析

1.1 GIS 母線快速接地開關(guān)基本信息

GIS 母線快速接地開關(guān)基本技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 GIS 母線快速接地開關(guān)信息

1.2 帶電測(cè)試

在發(fā)現(xiàn)異響后，當(dāng)天開展了帶電測(cè)試，結(jié)果顯示超聲信號(hào)接地開關(guān)A 間隔處最大幅值為45 mV 左右，接地開關(guān)B 間隔處最大幅值為80 mV左右，對(duì)相連母線進(jìn)行超聲局放檢測(cè)發(fā)現(xiàn)無(wú)明顯局放信號(hào)。由現(xiàn)場(chǎng)帶電測(cè)試可知，僅通過(guò)超聲信號(hào)檢測(cè)無(wú)法判斷是否為內(nèi)部放電，且準(zhǔn)確定位困難。為了進(jìn)一步明確異響來(lái)源和定位，試驗(yàn)人員開展缺陷診斷排查和故障異響定位。

2 缺陷診斷排查

2.1 排查思路

本次220 kV GIS 母線快速接地開關(guān)缺陷診斷步驟如下：第一步采用超聲波檢測(cè)、特高頻檢測(cè)對(duì)異響信號(hào)源范圍進(jìn)行核實(shí)，縮小異響源區(qū)域；第二步采用特高頻檢測(cè)對(duì)異響信號(hào)源范圍進(jìn)行核實(shí)，檢測(cè)是否有相位特征，初步判斷異響性質(zhì)和區(qū)域；第三步對(duì)疑似信號(hào)源氣室進(jìn)行SF6分解物全組分分析，驗(yàn)證判斷結(jié)論。

2.2 超聲測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)采用pocket AE 超聲測(cè)試裝置對(duì)220 kV GIS 異響區(qū)域進(jìn)行測(cè)試。首先對(duì)220 kV GIS 室空間干擾信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)相連母線及相連TV（電壓互感器）等間隔其他氣室進(jìn)行測(cè)試，未發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)點(diǎn)，同時(shí)排除從主變等部位傳來(lái)異常信號(hào)的可能性；然后將異常超聲信號(hào)范圍逐步減少至快速接地開關(guān)A、快速接地開關(guān)B 氣室到母線連接位置段。對(duì)本段進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)超聲信號(hào)主要集中在快速接地開關(guān)末端蓋外殼上。從接地開關(guān)末端外殼到母線衰減很快至消失。不同位置超聲測(cè)試數(shù)據(jù)如圖1 和圖2 所示。

圖1 接地開關(guān)A 超聲測(cè)試

圖2 接地開關(guān)B 超聲測(cè)試

測(cè)試當(dāng)天在13:00 時(shí)的測(cè)試結(jié)果如表2 所示，測(cè)試結(jié)果為接地開關(guān)A 靠近接地開關(guān)截面位置中間位置信號(hào)最強(qiáng)（約45 dB），向兩側(cè)及母線側(cè)逐漸衰減至信號(hào)正常。接地開關(guān)B 整體信號(hào)弱于接地開關(guān)A，且分布規(guī)律不明顯（超聲幅值在30 dB左右），2個(gè)氣室測(cè)試超聲信號(hào)均與50 Hz 有較強(qiáng)的相關(guān)性。在17:00 時(shí)對(duì)上述2 個(gè)氣室進(jìn)行復(fù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)接地開關(guān)B 氣室信號(hào)減弱至20 dB 左右，典型超聲信號(hào)如圖3 和圖4（13:00 測(cè)試數(shù)據(jù)）所示。

圖3 接地開關(guān)A 典型超聲信號(hào)

圖4 接地開關(guān)B 典型超聲信號(hào)

表2 接地開關(guān)超聲測(cè)試結(jié)果

2.3 特高頻測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)利用特高頻局放檢測(cè)裝置對(duì)距離接地開關(guān)A/B 最近的絕緣盆子檢測(cè)特高頻局放信號(hào)，絕緣盆子位置位于接地開關(guān)連接母線的對(duì)側(cè)最近位置。由于是全屏蔽結(jié)構(gòu)，首先解開屏蔽預(yù)留口然后利用外置式特高頻傳感器進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)放大及濾波手段，測(cè)試結(jié)果顯示2 處氣室未發(fā)現(xiàn)明顯的相位特征，判斷為非局放信號(hào)。特高頻局放測(cè)試位置如圖5 所示。

圖5 接地開關(guān)附近的絕緣盆特高頻檢測(cè)

2.4 SF6 分解物全組分分析

利用便攜式SF6綜合分析儀對(duì)接地開關(guān)A/B氣室現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試分析，同時(shí)利用激光光譜方法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試了氣室CF4含量，測(cè)試結(jié)果如表3 所示，氣體組分現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果合格。現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行取氣利用氦離子氣相色譜儀對(duì)氣體進(jìn)行了全組分分析，也未見其他特征組分。

表3 快速接地開關(guān)A/B 氣室氣體組分

綜合超聲、特高頻和SF6分解物全組分分析各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果，初步懷疑異響原因及超聲信號(hào)異常原因?yàn)榭焖俳拥亻_關(guān)機(jī)構(gòu)內(nèi)部振動(dòng)導(dǎo)致。隨后重點(diǎn)對(duì)超聲信號(hào)源進(jìn)行確認(rèn)。

3 故障異響定位

3.1 定位思路

220 kV GIS 母線快速接地開關(guān)故障異響定位步驟如下：第一步利用220 kV GIS 內(nèi)置式特高頻傳感器進(jìn)行復(fù)測(cè)；第二步借助聲學(xué)成像裝置進(jìn)行驗(yàn)證；第三步鎖定信號(hào)源并開蓋確認(rèn)；第四步部署超聲重癥監(jiān)護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，對(duì)比超聲信號(hào)與負(fù)荷關(guān)系，進(jìn)一步確認(rèn)信號(hào)規(guī)律。

3.2 特高頻信號(hào)復(fù)測(cè)

利用ABB 廠家內(nèi)置式GIS 特高頻傳感器專用轉(zhuǎn)接頭（圖6）接入特高頻局放檢測(cè)裝置，對(duì)上述特高頻檢測(cè)的兩個(gè)位置進(jìn)行復(fù)測(cè)，局放測(cè)試結(jié)果未見異常，徹底排除GIS 本體局放異常可能性。

圖6 內(nèi)置式特高頻傳感器測(cè)試局放

3.3 聲學(xué)成像裝置聲源檢測(cè)

采用聲源識(shí)別系統(tǒng)對(duì)聲源進(jìn)行定位，基于聲陣列的聲成像技術(shù)采用傳聲器陣列進(jìn)行聲信號(hào)的空間采樣，聲學(xué)照相機(jī)選用德國(guó)CAE 公司開發(fā)的Bionic XS plus 系列，該設(shè)備采樣頻率48 kHz，測(cè)量頻率范圍10 Hz～24 kHz。測(cè)試結(jié)果表明，聲源位置位于快讀接地開關(guān)A 機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，聲音信號(hào)頻率在3.025～16.316 kHz 范圍內(nèi)最強(qiáng)，如圖7 所示。

圖7 220 kV GIS 接地開關(guān)A 氣室異響聲源識(shí)別結(jié)果

3.4 超聲信號(hào)源確認(rèn)

根據(jù)該型號(hào)隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)（圖8），對(duì)快速接地開關(guān)A 相機(jī)構(gòu)保護(hù)蓋進(jìn)行拆除，發(fā)現(xiàn)聲音來(lái)源于快速接地開關(guān)手動(dòng)操作閉鎖滑塊與掛鎖裝置接觸位置，用手觸摸手動(dòng)操作閉鎖滑塊聲音消失，同時(shí)快速接地開關(guān)殼體處超聲信號(hào)消失。

圖8 快速接地開關(guān)機(jī)構(gòu)

具體振動(dòng)位置如圖9 和圖10 所示，取下機(jī)構(gòu)擋板觀測(cè)圖10 中位置2 即為手動(dòng)操作閉鎖滑塊，分析手動(dòng)操作閉鎖滑塊振動(dòng)原因?yàn)樽儔浩骷癎IS 運(yùn)行振動(dòng)導(dǎo)致其共振所致。

圖9 快速接地開關(guān)機(jī)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖10 異響信號(hào)源鎖定

3.5 異響源超聲重癥監(jiān)護(hù)結(jié)果

為進(jìn)一步監(jiān)測(cè)接地開關(guān)A/B 氣室及相鄰位置的超聲信號(hào)規(guī)律，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)2 個(gè)氣室部署了PDM 208 超聲重癥監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，進(jìn)一步探究其發(fā)展規(guī)律。監(jiān)測(cè)周期為20 天。超聲重癥監(jiān)護(hù)系統(tǒng)傳感器布置位置如圖11 所示。

圖11 超聲重癥監(jiān)護(hù)系統(tǒng)布置

在監(jiān)測(cè)20 日期間，快速接地開關(guān)A/B 超聲監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖12 所示，由于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)過(guò)程中設(shè)置時(shí)最大測(cè)量值選擇了20 mV，超過(guò)20 mV 的監(jiān)測(cè)結(jié)果無(wú)法顯示。同時(shí)調(diào)取調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)相同20 日期間，快速接地開關(guān)A/B 的電流變化，研究超聲信號(hào)與運(yùn)行負(fù)荷隨時(shí)間的變化規(guī)律，快速接地開關(guān)A/B 處節(jié)點(diǎn)電壓、電流如圖13 所示。

圖12 超聲重癥監(jiān)護(hù)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)結(jié)果（監(jiān)測(cè)點(diǎn)2）

圖13 220 kV GIS 氣室相連母線電壓、節(jié)點(diǎn)電流變化

快速接地開關(guān)A 氣室監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：監(jiān)測(cè)點(diǎn)2（隔離開關(guān)氣室本體）在監(jiān)測(cè)周期超聲信號(hào)峰值（每天）除個(gè)別天外均超過(guò)20 mV，在第8 天到11天內(nèi)每天的監(jiān)測(cè)超聲信號(hào)最小值基本在20 mV以上，信號(hào)最弱時(shí)間出現(xiàn)在第15 天到第16 天，該時(shí)間段內(nèi)信號(hào)最大幅值低于20 mV；監(jiān)測(cè)點(diǎn)1（快速接地開關(guān)A 氣室與母線連接位置）與監(jiān)測(cè)點(diǎn)1 對(duì)比趨勢(shì)一致，信號(hào)明顯減弱，符合超聲信號(hào)擴(kuò)散規(guī)律。

快速接地開關(guān)B 氣室監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：監(jiān)測(cè)點(diǎn)3（隔離開關(guān)氣室本體）整個(gè)監(jiān)測(cè)周期超聲信號(hào)峰值除第一天信號(hào)可達(dá)20 mV 以外，其他時(shí)間信號(hào)峰值最大不超過(guò)10 mV，且多數(shù)時(shí)間在5 mV 左右。

對(duì)比不同時(shí)間超聲信號(hào)與負(fù)荷關(guān)系發(fā)現(xiàn)超聲信號(hào)與電壓相關(guān)性不大，且由于接地開關(guān)B 整個(gè)監(jiān)測(cè)周期電流隨時(shí)間變化不大，無(wú)明顯的電流與超聲信號(hào)對(duì)應(yīng)規(guī)律。對(duì)于快速接地開關(guān)A 氣室可以發(fā)現(xiàn)在第14～16 天期間，節(jié)點(diǎn)電流有明顯下降，而此時(shí)的超聲信號(hào)也存在對(duì)應(yīng)下降趨勢(shì)，第16 天后運(yùn)行電流和超聲信號(hào)也均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。由于超過(guò)20 mV 部分無(wú)法觀測(cè)且其他時(shí)間段電流信號(hào)較為穩(wěn)定，規(guī)律也有待與進(jìn)一步挖掘。綜合分析可得接地開關(guān)A 處節(jié)點(diǎn)超聲信號(hào)與運(yùn)行電流信號(hào)存在一定正相關(guān)性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)特高頻、超聲波、SF6組分分析、聲學(xué)成像裝置、超聲重癥監(jiān)護(hù)等手段對(duì)某220 kV GIS快速接地開關(guān)A/B 氣室異響問(wèn)題進(jìn)行排查，確認(rèn)異響信號(hào)非放電引起，異響信號(hào)源來(lái)自手動(dòng)操作閉鎖滑塊與掛鎖裝置接觸位置，并通過(guò)打開快速接地開關(guān)機(jī)構(gòu)保護(hù)殼進(jìn)行了驗(yàn)證確認(rèn)。本次診斷試驗(yàn)還有效驗(yàn)證了聲學(xué)成像裝置用于異響源定位的實(shí)用性。

建議針對(duì)GIS 異響問(wèn)題在運(yùn)維工作中做到以下幾點(diǎn)：

（1）如發(fā)現(xiàn)為放電類缺陷帶來(lái)的異響信號(hào)，應(yīng)盡快處理。

（2）對(duì)于GIS 管道異響（振動(dòng)）一般通過(guò)增加支撐結(jié)構(gòu)來(lái)減緩異常振動(dòng)，廣州某220 kV 站220 kV GIS 管道異響采用此措施處理。

對(duì)于其他異響（振動(dòng)）信號(hào)，一般認(rèn)為短期內(nèi)不會(huì)影響設(shè)備正常運(yùn)行，主要通過(guò)跟蹤監(jiān)測(cè)判斷考慮其發(fā)展趨勢(shì)允許停電情況檢查內(nèi)部部件松動(dòng)情況，并進(jìn)行緊固等處理措施。某220 kV GIS 牛花甲線C 相避雷器異響經(jīng)跟蹤后開蓋確認(rèn)由于避雷器閥片固定長(zhǎng)芯棒與閥片間隙導(dǎo)致振動(dòng)，后經(jīng)過(guò)加裝墊圈處理后異響消失。