基于多維度檢測方法的GIS型電纜終端發展中缺陷案例分析

國網山東省電力公司淄博供電公司 李 飛 孫竟成 耿 寧 楊學杰 李志剛

GIS 型電纜終端具有占地面積少、環境友好、絕緣性能優良、體積緊湊、運行安全可靠、檢修周期長等優點，目前已經被廣泛的應用在全國電力系統中，但是生產安裝過程中的缺陷、把控不嚴的問題逐漸暴露出來，各地已經發生多起GIS 設備電纜終端故障導致的局部范圍停電甚至大范圍停電事故。

高度集成化在提高設備可靠性等方面具有顯著的優勢，但是也為設備的檢修帶來了諸多困難。目前，GIS 型電纜終端在交接試驗中難以發現缺陷，局部放電檢測技術是公認的最佳方法[1]。鑒于局部放電信號傳播特性復雜多變，如何確定設備局放源的類型、位置等是運檢人員日常帶電檢測工作的難點和重點。本文結合實際運行的站內GIS 型電纜終端手持式特高頻和超聲波檢測工作，發現A、B 相電纜終端存在懸浮放電，開展放電源特高頻信號長時監測、定位工作，確定發展中缺陷類型、位置，最后，通過現場解體查找，指出電纜終端壓接觸頭和均壓環之間存在的內在問題，為同類設備缺陷的處理提供參考[2]。

1 異常情況簡述

4月15日，運檢人員應用手持式局放測試儀對某110kV 變電站進行GIS 局部放電檢測，檢測到110kV 某線電纜終端氣室A 相和B 相電纜環氧套管、電纜氣室上部澆筑口存在特高頻、超聲波局部放電特征信號，特高頻型號幅值最大超過1700mV，超聲波信號在相位模式下，可見明顯的能量聚集點。通過現場排擾、圖譜分析、特高頻長時監測和定位等手段，初步推斷該電纜終端氣室A 相和B 相存在嚴重的懸浮放電缺陷。

5月14日，運檢部門聯合廠家對該終端氣室進行了停電解體檢查，發現先前帶電檢測定位位置處確存在白綠色粉末，仔細查找電纜頭無其他異常狀況。經過對終端壓接觸頭、均壓環、線芯等電位連接，重新安裝電纜終端后，恢復送電，送電后檢測局部放電信號全部消失。

2 檢測數據分析

2.1 特高頻檢測（駒電設備）

圖1所示為110kV 某線電纜終端氣室特高頻局部放電測試位置示意圖。其中，測點1為氣室上端澆筑口，測點2、3、4為C、A、B 相電纜終端的白色環氧套管。采用手持式局放測試儀JD-S10對圖1所示各測點進行局放檢測[3]。4個測點均能檢測到特高頻局放信號，信號強度順序依次為測點4＞測點3＞測點1＞測點2，考慮到電纜終端氣室的內部結構和信號的傳播特性，預判測點4和測點3可能存在局放源，根據幅值和相位圖譜，兩點的信號強度明顯增大，幅值均較大，相位分布較窄，相位具有周期性，具有懸浮放電特征。

圖1 110kV 某線電纜終端氣室特高頻信號測試位置

2.2 超聲波檢測

在圖1所示測點4周邊開展超聲波檢測，超聲檢測背景1.0mV，實際檢測值2.0mV，無50Hz 及100Hz 相關性，信號的持續性很弱。在相位模式下，存在一處單簇聚集點，超聲圖譜如圖2所示，其余測點未發現異常超聲信號。

圖2 110kV 某線電纜終端氣室測點4周邊超聲圖譜

2.3 特高頻長時在線監測（華乘設備）

為進一步分析確認，采用診斷型局放測試儀PDS-G100M 對該異常局放信號進行綜合診斷分析。測點特高頻信號強度順序為測點4＞測點3＞測點1，經過公式dB=20logmV 轉換。經長時監測發現，局放源信號具備幅值均較大，相位分布較窄，相位相差180°，符合懸浮放電特征。

2.4 特高頻長時在線監測（邁內設備）

為從多角度確認局放源，排除不同檢測儀器帶來的誤差，采用邁內公司的診斷型局放測試儀T3000對該異常局放信號進行綜合診斷分析。測點特高頻信號強度順序為測點4＞測點3，與前述測試手段信號強度基本一致。經長時監測發現，局放源信號具備幅值均較大，相位分布較窄，相位相差180°，符合懸浮放電特征。

2.5 特高頻定位

圖3所示為采用定位法對放電源進行精確定位分析，原理為特高頻信號傳播速度接近光速，通過兩個特高頻傳感器接收信號的時間差，粗略定位局放源位置[4]。在110kV 某線電纜氣室測點1和測點4放置多功能局放定位系統G1500的特高頻傳感器，兩側點之間直線距離L 為1.5m（紅色）。

圖3 定位法對放電源進行精確定位分析

定位波形如圖4所示，測點4（綠色）超前于測點1（黃色）特高頻信號時間為5ns，ΔL=0.3×5=1.5，假定B 相局放源到測點4的距離為x，則x=(1.5－ΔL)/2=0，求解無任何意義。針對此現象，這里作簡要分析：根據經驗，特高頻信號定位測試是有誤差的，在僅有特高頻定位手段時，誤差大于10cm，x 可能存在很小的正數解（比如說誤差0.3m，ΔL=0.3×5=1.2，則x=(1.5－ΔL)/2=0.15），但與電纜終端的實際距離不符；從手持式局放測試儀測試圖譜分析，A、B 相的放電源類型類似，從電纜的實際設計分析，電纜終端氣室空間較小。假如存在A、B相兩個放電源，以上兩點導致兩個放電源難以區分。綜合前述分析，存在兩個放電源的可能性較大。

圖4 定位波形

2.6 綜合分析

手持式特高頻傳感器判斷可能存在A、B 相兩處放電源，在線監測儀判斷與手持式儀器測試數據一致，只有幅值存在較小差別，超聲傳感器檢測出明顯能量聚集，定位儀器判斷存在兩處放電源，綜上分析，存在兩處放電源的可能性較大，放電類型為懸浮放電，幅值較大，相位分布較窄，具有周期性。通過分析電纜廠家提供的設計圖紙，結合檢測經驗，初步判斷放電位置位于A、B 相的均壓環處。

3 解體驗證

5月14日，運檢部門聯合電纜廠家對電纜終端開展停電檢修工作，停電后，復測局放信號消失，由于電纜終端為插頭式，上下氣室物理隔離，不涉及氣室內部SF6工作。電纜終端檢修處理工作流程分四步：

（1）觀察三相電纜終端外表情況：接地連接、尾管封鉛未見異常，連接良好，鉛封粘接牢靠。

（2）將三相電纜終端外護套剝離，融化封鉛，打開錐托直至應力錐、均壓環、觸頭露出。經仔細觀察，彈簧錐托頂緊結構正常，環氧套管內壁表面無發現放電痕跡，應力錐主體外表面無發現放電痕跡。

（3）拆解后發現只有A、B 相均壓環、線芯與觸頭之間存在間隙，C 相未見異常，縫隙中存在白綠色粉末狀放電痕跡。

（4）廠家采用半導線圈實現均壓環、線芯和觸頭三者之間的無縫連接，消除電位差和放電隱患。

隱患消除后，于5月15日下午恢復送電，運檢人員于5月19日開展檢修后復測，局放信號消失，三相運行狀況良好。

4 放電原因分析及對設備運行的影響

4.1 安裝角度分析

在電纜檢修現場，發現廠家在缺陷處理完畢恢復電纜觸頭插接的過程中，缺乏有效的防潮措施，潮氣隨著安裝進入環氧套管內部。

4.2 設計角度分析

電纜終端均壓環為鋁合金材質，結構設計上要求均壓環與觸頭緊密接觸。從檢查情況看，A、B 相均壓環與線芯、觸頭間存在間隙，C 相無間隙，在運行時導致均壓環與線芯、觸頭之間因為接觸不良而懸浮放電，說明本型號電纜存在設計缺陷，均壓環與觸頭之間無螺栓或者其它固定措施，長期運行后，存在均壓環與觸頭接觸不良引起電位差進而導致放電的可能。

鉛封作為隔絕環氧套管內部與外部空氣的關鍵工藝，長時間運行后，由于設備振動、老化等原因，不能起到完全隔離兩部分空間潮氣的作用，無法阻止外界潮氣進入內部。

該型號電纜終端與SF6氣室之間存在物理隔離，下部的電纜氣室在安裝完成后，沒有提真空環節，無法去除安裝過程中進入的潮氣，導致潮氣一直存在于電纜氣室內。

4.3 運行角度分析

在設備運行過程中，均壓環、線芯和觸頭之間存在電位差，環氧套管內部存在潮氣（特別是近期連續下雨，外界空氣濕度很大，嚴重影響了內部氣體的濕度），環氧套管內部環境為非真空狀態，加速了白綠色粉末狀物質（銅綠）的生成，也引發了爬電現象，特別是隨著運行時間的延長，運行工況越來越差，為銅綠的生成創造了“良好的”產生條件，其中，基本的反應方程式為：

2Cu＋2H2O＋O2＋CO2=Cu2(OH)2CO3

4.4 放電對設備運行的影響

放電位置位于線芯、均壓環和觸頭之間，盡管此位置屬于環氧套管金屬屏蔽罩范圍內，不在終端應力錐和環氧套管的絕緣部分，但是，隨著運行時間延長、雷雨季節的來臨、負荷的加重，放電范圍的增大可能造成電纜終端閃絡或擊穿等問題，嚴重影響電纜及電纜終端的絕緣性能，可能誘發停電事故。

綜上，電纜廠家該型號電纜設計存在固有缺陷、安裝工藝不完善，存在家族性缺陷的可能，運檢部門需逐一排查站內該型號電纜。

在開展GIS 型設備帶電檢測工作過程中，需要結合不同廠家手持式局放檢測儀、在線式局放監測儀和聲電聯合定位儀等多維度檢測方法綜合分析診斷，以準確判斷缺陷類型和位置，為缺陷的檢修處理提供技術參考。