化晨冰，張鉑雅

(臨沂供電公司，山東 臨沂 276000)

1 引言

GIS是由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、避雷器、母線、連接件和出線終端等元件組成的，全部封閉在金屬接地外殼中，內(nèi)部用盆式絕緣子分隔成各個(gè)氣室，充以0.3～0.65 MPa的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)的一種組合電器。GIS具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、運(yùn)行可靠、檢修周期長(zhǎng)、安裝方便、不受污染和雨、鹽霧等周圍環(huán)境因素影響的優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛用于電力系統(tǒng)各變電站中。

GIS運(yùn)行可靠性較高，但在其生產(chǎn)、安裝及運(yùn)行過(guò)程中，其內(nèi)部不可避免地存在絕緣隱患，并對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行造成威脅，為了減少設(shè)備停電檢修和測(cè)試的時(shí)間，因此進(jìn)行GIS現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)試驗(yàn)是很有必要的。

臨沂供電公司運(yùn)行GIS變電站己近20年，目前迫切需要把握設(shè)備是否需要解體大修，以及大修時(shí)間等。有效監(jiān)督GIS設(shè)備的絕緣十分必要，自1997年開展GIS氣體濕度帶電檢測(cè)以來(lái)，己從原來(lái)的單一GIS氣體帶電檢測(cè)手段，發(fā)展到對(duì)運(yùn)行中GIS中的MOA帶電測(cè)試，GIS中SF6氣體成分分析，GIS局部放電帶電測(cè)試等多種帶電監(jiān)測(cè)方法，積累了一定的GIS帶電測(cè)試工作經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐證明:現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)試驗(yàn)是很有必要的，應(yīng)用近年新出現(xiàn)的帶電測(cè)試技術(shù)對(duì)GIS進(jìn)行絕緣監(jiān)督是切實(shí)可行的。

2 GIS中SF6氣體檢漏及濕度檢測(cè)

2.1 SF6氣體檢漏

這類故障通常發(fā)生在組合電器的密封面、焊接點(diǎn)和管路接頭處。主要原因是由于密封墊老化，或者焊縫出現(xiàn)砂眼引起，每年因此需要對(duì)GIS補(bǔ)充大量的SF6氣體來(lái)保證正常工作壓力，這類故障約占整個(gè)故障的40%左右。

SF6氣體檢漏是運(yùn)行監(jiān)測(cè)的主要項(xiàng)目之一[1]?，F(xiàn)場(chǎng)檢漏部位主要是設(shè)備氣室的接頭、閥門、表計(jì)、法蘭面接口等檢測(cè)。所使用的儀器一般為鹵素氣體檢測(cè)儀，這類儀器對(duì)各種負(fù)電子性的氣體，如氟里昂、SF6等都有響應(yīng)，在檢漏過(guò)程中應(yīng)注意環(huán)境的干擾情況。

對(duì)SF6氣體檢漏也可以采用壓降法。在運(yùn)行期間測(cè)定其漏氣率采用該法，需對(duì)設(shè)備各氣室的壓力和溫度定期進(jìn)行記錄，一段時(shí)間后，根據(jù)首末兩點(diǎn)的壓力和溫度值，在SF6狀態(tài)參數(shù)曲線上查出在標(biāo)準(zhǔn)溫度(通常為20℃)時(shí)的壓力或者氣體密度，就可以計(jì)算出這段時(shí)間內(nèi)的平均漏氣率。由于壓力表并不能靈敏地反映微小的泄漏，所以壓降法主要應(yīng)用于GIS的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

2.2 SF6濕度測(cè)試

帶電檢測(cè)GIS的SF6的濕度己經(jīng)多年，還制定了相關(guān)的管理規(guī)定，發(fā)現(xiàn)相當(dāng)多的濕度不合格情況。比對(duì)停電狀態(tài)的濕度測(cè)試，與帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合，為運(yùn)行單位合理安排檢修提供了依據(jù)。濕度不合格主要原因一是安裝時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格按照安裝工藝流程[2]。

SF6氣體微水在運(yùn)行時(shí)標(biāo)準(zhǔn)為斷路器氣室300×10－6，其他氣室蒸500 ×10－6。SF6氣體含水量太高引起的故障，易造成絕緣子或其他絕緣件閃絡(luò)。微水超標(biāo)的主要原因是通過(guò)密封件泄露滲入的水份進(jìn)入到SF6氣體中，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，氣體中含水量持續(xù)上升。外部水蒸汽分子等效分子半徑為SF6分子的0.7倍，因此水的滲透力極強(qiáng)，而且大氣中水蒸汽分壓力通常為設(shè)備中水份分壓力的幾十倍，其至幾百倍，在這一壓力作用下，大氣中的水份會(huì)逐漸透過(guò)密封件進(jìn)入氣體絕緣設(shè)備。

實(shí)踐證明，GIS帶電測(cè)試SF6濕度可替代停電預(yù)試。

3 帶電SF6氣體成份分析

GIS中SF6氣體成分的組份分析是GIS的一種非電量檢測(cè)方法，當(dāng)GIS內(nèi)部局部放電和發(fā)生故障時(shí)，可引起SF6分解，生成SOF2、HF、SO2等低氟化物。檢測(cè)SF6氣體成份可推斷GIS內(nèi)的放電情況。

3.1 動(dòng)態(tài)離子技術(shù)

動(dòng)態(tài)離子分析技術(shù)，一種用于氣體里微量混合物探測(cè)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了SF6氣體的在線分析，它利用不同的化合物分子在電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生的離子漂移時(shí)間不同的原理。監(jiān)測(cè)SF6純氣漂移時(shí)間(峰值時(shí)間)和劣化SF6氣體漂移時(shí)間的時(shí)間差t的大小，測(cè)量峰值的漂移時(shí)間差，得到一個(gè)與SF6中雜質(zhì)數(shù)量相對(duì)應(yīng)的直觀信號(hào)，反映污染物含量多少，以此判斷設(shè)備內(nèi)部局部放電或分解產(chǎn)物嚴(yán)重的程度，監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)的變化趨勢(shì)。污染物總量的測(cè)量，有利于界定SF6氣體設(shè)備的可用性與非可用性，提出正確的監(jiān)督跟蹤計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)設(shè)備隱患的預(yù)控。而特征氣體SO2、H2S的含量多少，能反應(yīng)SF6電氣設(shè)備內(nèi)部故障部位，使我們的檢修任務(wù)有的放矢。

采用將檢測(cè)污染物總量與特征氣體含量相結(jié)合的方式，判斷SF6設(shè)備的受污染程度、潛伏性故障和內(nèi)部故障的位置，就實(shí)現(xiàn)SF6氣體絕緣設(shè)備絕緣狀態(tài)的在線檢測(cè)。

3.2 判斷標(biāo)準(zhǔn)

SF6運(yùn)行中的含水量和泄漏標(biāo)準(zhǔn)在IEC和DL/596－1996(電器設(shè)備預(yù)防性實(shí)驗(yàn)規(guī)程)中已有規(guī)定，分解產(chǎn)物國(guó)內(nèi)也還未制訂標(biāo)準(zhǔn)，但I(xiàn)EC與CIGRE已有導(dǎo)則和推薦值。CIGRE(國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議)對(duì)總的分解物濃度的推薦值為500－2000μL/L，作為是否超標(biāo)的依據(jù)。

SO2和H2S含量的運(yùn)行控制指標(biāo)初步定位SO2含量不大于1.0μl/L，H2S含量不大于0.5μl/L。

3.3 具體應(yīng)用

我公司應(yīng)用德國(guó)GAS公司生產(chǎn)的SF6電氣設(shè)備污染物含量檢測(cè)儀，并根據(jù)SF6氣體絕緣設(shè)備的在役運(yùn)行情況，安排了詳細(xì)的帶電測(cè)試計(jì)劃。目前，已完成17座變電站近30臺(tái)SF6開關(guān)、50個(gè)GIS間隔的SF6氣體絕緣設(shè)備絕緣狀態(tài)檢測(cè)。

從測(cè)試界面圖1中，可以獲得微水含量、參考標(biāo)準(zhǔn)漂移時(shí)間、樣品峰值漂移時(shí)間、峰值漂移圖譜、漂移時(shí)間差(樣品峰值漂移時(shí)間－參考標(biāo)準(zhǔn)漂移時(shí)間)以及與之對(duì)應(yīng)的污染物含量范圍，同時(shí)污染物含量指示燈色彩的變化，便于操作人員對(duì)設(shè)備污染狀況的掌握。

圖1 測(cè)試界面

通過(guò)對(duì)比SF6樣品及參考標(biāo)準(zhǔn)漂移時(shí)間，能夠檢查SF6氣體絕緣設(shè)備內(nèi)部SF6成分的變化。峰值漂移由不同漂移率的離子產(chǎn)生，峰值變寬是由于有更多種放電后形成的雜質(zhì)產(chǎn)物離子產(chǎn)生的。并且污染物含量指示標(biāo)準(zhǔn)與峰值漂移時(shí)間差、污染物濃度是相對(duì)應(yīng)的(表1)?？梢酝ㄟ^(guò)掌握峰值漂移時(shí)間差，對(duì)處于同一污染級(jí)別的SF6氣體設(shè)備，分析其周期趨勢(shì)曲線制定相應(yīng)防范措施，防止絕緣失效。

表1 遷移波譜峰值差與樣氣雜質(zhì)含量等級(jí)關(guān)系

通過(guò)檢測(cè)SF6電氣設(shè)備中分解物總量與特征氣體含量，判斷設(shè)備的受污染程度、潛伏性故障和內(nèi)部故障的位置，是檢測(cè)SF6電氣設(shè)備內(nèi)部早期故障的有效手段。

4 GIS中MOA的帶電測(cè)試

GIS中MOA帶電測(cè)試也已執(zhí)行多年，GIS設(shè)計(jì)時(shí)已預(yù)留MOA帶電測(cè)試端子，測(cè)試安全而且靈敏。

臨沂電網(wǎng)新投產(chǎn)的GIS中MOA都測(cè)試基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，每年還在運(yùn)行中帶電測(cè)試，故已積累大量數(shù)據(jù)。GIS中MOA最早的已安全運(yùn)行近20年，說(shuō)明帶電測(cè)試是監(jiān)測(cè)MOA運(yùn)行狀態(tài)的有效手段之一。實(shí)踐證明，GIS中MOA帶電測(cè)試可代替停電試驗(yàn)。

5 GIS中局部放電測(cè)試

作為GIS發(fā)生絕緣降低的征兆，多數(shù)情況下都伴有局部放電發(fā)生，因此，監(jiān)視局部放電是最直接的監(jiān)測(cè)方法。

5.1 局放產(chǎn)生的原因

GIS中局放產(chǎn)生的原因有幾種:①絕緣體內(nèi)部存在自由移動(dòng)的金屬微粒[3];②絕緣體內(nèi)或高壓導(dǎo)體上存在針尖狀突出物;③由于制造原因在絕緣表面上可能存在固定的微粒;④附近存在懸浮電位體或?qū)w間連接點(diǎn)接觸不好;⑤輕微局放或制造時(shí)造成絕緣體內(nèi)部或表面存在氣隙、裂紋等。

5.2 GIS中局放的監(jiān)測(cè)方法

5.2.1 電測(cè)法

(1)耦合電容法。又稱脈沖電流法[4]，它利用上引起的電壓變化。該法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)。但在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，無(wú)法識(shí)別與多種噪聲混雜在一起的局放信號(hào)，因此此方法的使用推廣受到限制。

(2)超高頻法。由英國(guó)Strathclyde大學(xué)提出。其主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，并通過(guò)放電源到不同傳感器的時(shí)間差對(duì)放電源精確定位。但對(duì)傳感器的要求很高，此法成本昂貴。

5.2.2 非電測(cè)法

非電測(cè)法監(jiān)測(cè)GIS局放信號(hào)的優(yōu)勢(shì)為可避免電氣干擾，但實(shí)用方面也有不足。

(1)超聲波監(jiān)測(cè)法。由于GIS內(nèi)部產(chǎn)生局放時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)及聲音，因此可用腔體外壁上安裝的超聲波傳感器測(cè)量局放量Q。它是目前除UHF法(超高頻法)外最成熟的PD(局部放電)監(jiān)測(cè)方法，抗電磁干擾性能好，但由于聲音信號(hào)在SF6氣體中的傳輸速率很低(約140m/s)，信號(hào)通過(guò)不同物質(zhì)時(shí)傳播速率不同，不同材料的邊界處還會(huì)產(chǎn)生反射，因此信號(hào)模式很復(fù)雜，且其高頻部分衰減很快。它要求操作人員須有豐富經(jīng)驗(yàn)或受過(guò)良好的培訓(xùn)，另外，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)時(shí)需要的傳感器較多，現(xiàn)場(chǎng)使用很不方便。

(2)化學(xué)監(jiān)測(cè)法。通過(guò)分析GIS中局放所引起的氣體生成物的含量來(lái)確定局放的程度，但GIS中的吸附劑和干燥劑會(huì)影響化學(xué)方法的測(cè)量;斷路器正常開斷時(shí)產(chǎn)生的電弧的氣體生成物也會(huì)產(chǎn)生影響;脈沖放電產(chǎn)生的分解物被大量的SF6氣體稀釋，因此用化學(xué)方法監(jiān)測(cè)PD的靈敏度很差。

(3)光學(xué)監(jiān)測(cè)法。光電倍增器可監(jiān)測(cè)到甚至一個(gè)光子的發(fā)射，但由于射線被SF6氣體和玻璃強(qiáng)烈地吸收，因此有“死角”出現(xiàn)[5]。該法監(jiān)測(cè)已知位置的放電源較有效，不具備定位故障能力，且由于GIS內(nèi)壁光滑而引起反射帶來(lái)的影響使靈敏度不高。表2比較和說(shuō)明了5種方法的性能。

比較5種方法可得出:對(duì)GIS產(chǎn)生局放信號(hào)的監(jiān)測(cè)方法中UHF和超聲波法較實(shí)用可行。挪威Transi-NorAs公司的Schei最近研制出一種新的超聲波絕緣分析器。針對(duì)自由移動(dòng)微粒、固定微粒和突出物以及漂浮物引起的局放，該設(shè)備對(duì)其監(jiān)測(cè)、定位和模式識(shí)別，特別適用于普通的檢修人員而非超聲波方面的專家使用。

5.3 GIS局放小結(jié)

(1)常用的GIS局放在線監(jiān)測(cè)方法，超高頻法和超聲波法最有效，國(guó)內(nèi)外對(duì)其研究最多。

(2)每種測(cè)試方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，適于不同故障類別，在現(xiàn)場(chǎng)使用局放監(jiān)測(cè)GIS絕緣時(shí)將多種方法綜合使用，且測(cè)量多點(diǎn)，有利于故障判別和定位。

表2 GIS中局放5種監(jiān)測(cè)方法

(3)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)GIS局部放電帶電測(cè)試技術(shù)的推廣，積累數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)作為設(shè)備狀態(tài)檢修的參考的判據(jù)。新修《山東電網(wǎng)電力設(shè)備交接及預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》已將該方法列入了必要時(shí)的試驗(yàn)項(xiàng)目。

6 結(jié)論

本文通過(guò)采用GIS帶電測(cè)試，并合理調(diào)整預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程，放寬部分設(shè)備的試驗(yàn)周期，從而減輕了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了停電操作次數(shù)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著SF6便攜色譜分析、紅外SF6檢漏技術(shù)的提高，以及GIS局放在線監(jiān)測(cè)裝置的完善，GIS帶電測(cè)試正向著實(shí)時(shí)性、多樣性方向發(fā)展。同時(shí)隨著先進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，探索GIS設(shè)備狀態(tài)檢修方案，建立GIS設(shè)備狀態(tài)信息庫(kù)(包括歷史信息，停、帶電檢測(cè)數(shù)據(jù))和診斷模式流程，力求設(shè)備缺陷診斷準(zhǔn)確，將成為GIS帶電測(cè)試發(fā)展的新趨勢(shì)。

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