劉效真，高占嶺，李秀國(guó)，郭 峰

（濱州供電公司，山東 濱州 256600）

0 引言

SF6氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備 （Gas Insulated Switchgear，即GIS），是指全部或部分采用氣體而不采用大氣壓下的空氣作為絕緣介質(zhì)的金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備。它利用SF6氣體的高絕緣性能，將斷路器（CB）、隔離開(kāi)關(guān)（DS）、接地開(kāi)關(guān)（ES／FES）、電流互感器（CT）、電壓互感器（VT）、避雷器（LA）等多種設(shè)備以及主母線（Bus）組合在一起，減少了開(kāi)關(guān)整體占地面積，除出線套管外，無(wú)外露帶電體。GIS是變電站的重要組成部分，具有占地面積小、原件全部封閉、不受環(huán)境干擾、可靠性高、運(yùn)行方便、檢修周期長(zhǎng)、維護(hù)工作量少、安裝迅速、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。

雖然有著諸多優(yōu)點(diǎn)，但是GIS設(shè)備在制造、裝配及運(yùn)行過(guò)程中，內(nèi)部可能產(chǎn)生一些缺陷，特別是GIS發(fā)生故障時(shí)，維修復(fù)雜，維修時(shí)間長(zhǎng)，影響面積大，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，從設(shè)備交接試驗(yàn)至運(yùn)行過(guò)程中，采取有效的檢測(cè)手段和監(jiān)測(cè)方法，早期發(fā)現(xiàn)缺陷和隱患并及時(shí)處理，對(duì)電力設(shè)備保持健康運(yùn)行狀態(tài)至關(guān)重要。

1 引起GIS絕緣故障的主要原因

絕緣子表面附著雜質(zhì)、異物或者固體絕緣材料澆鑄件內(nèi)部存在缺陷，造成局部放電，直至沿面閃絡(luò)或絕緣擊穿。

由于工藝不良、滑動(dòng)部分磨損、觸頭燒損及安裝不慎等在GIS內(nèi)部殘留金屬屑末（或稱(chēng)導(dǎo)電微粒）引起放電。

高壓導(dǎo)體表面的毛刺等引發(fā)電暈放電。

由于觸頭接觸不良或金屬屏蔽罩固定處接觸不良造成懸浮電位而引發(fā)火花放電。另外，松動(dòng)的屏蔽罩在操作、電動(dòng)力沖擊震動(dòng)下發(fā)生變形、變位甚至脫落，改變了GIS內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)分布，致使GIS絕緣強(qiáng)度降低，引發(fā)絕緣擊穿等嚴(yán)重事故。

絕緣部位受潮，引起絕緣閃絡(luò)或擊穿。

內(nèi)部絕緣件存在質(zhì)量缺陷，長(zhǎng)期運(yùn)行后絕緣擊穿。

氣體泄漏導(dǎo)致內(nèi)部絕緣強(qiáng)度降低。

由上述原因可以看出，大部分絕緣故障是由缺陷逐漸累積發(fā)展而來(lái)，從帶缺陷運(yùn)行到最終絕緣擊穿導(dǎo)致故障有一個(gè)較長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，這就為提前檢測(cè)、發(fā)現(xiàn)、處理缺陷，避免故障發(fā)生提供了條件。

2 GIS檢測(cè)的傳統(tǒng)方法

GB50150－2006《電氣裝置安裝工程電氣試驗(yàn)交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定GIS交接試驗(yàn)項(xiàng)目有：測(cè)量主回路的導(dǎo)電電阻；主回路交流耐壓試驗(yàn)；密封性試驗(yàn)；測(cè)量SF6氣體含水量等。

GIS設(shè)備投運(yùn)后，因其獨(dú)特的全密封結(jié)構(gòu)，常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目大都無(wú)法在運(yùn)行狀態(tài)下開(kāi)展。因此，對(duì)原有試驗(yàn)方法、手段的有效性進(jìn)行研究和改進(jìn)，嘗試新技術(shù)手段在GIS狀態(tài)檢測(cè)中的應(yīng)用，是目前提高GIS運(yùn)行可靠性的發(fā)展方向之一。

3 提高GIS絕緣故障檢出率的有效方法

3.1 現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)

GIS交流耐壓試驗(yàn)是檢測(cè)GIS內(nèi)部絕緣狀況、考核其絕緣性能最直接、有效的方法。

目前GB50150－2006《電氣裝置安裝工程電氣試驗(yàn)交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》和 DL／T555－2004《氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)耐壓及絕緣試驗(yàn)導(dǎo)則》均規(guī)定現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)電壓應(yīng)為出廠試驗(yàn)時(shí)施加電壓的80%。但隨著越來(lái)越多的應(yīng)用實(shí)踐證明，80%出廠電壓試驗(yàn)通過(guò)的GIS設(shè)備，多次在送電投運(yùn)過(guò)程中或投運(yùn)不久內(nèi)部發(fā)生絕緣故障。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，國(guó)家電網(wǎng)公司在2011年下發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)氣體絕緣技術(shù)封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備全過(guò)程管理重點(diǎn)措施》中要求：72.5～363 kVGIS的交流耐壓值應(yīng)為出廠值的100%。

按此規(guī)定，在對(duì)220 kV某變電站110 kVGIS驗(yàn)收過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)一典型案例。試驗(yàn)加壓及放電情況如表1所示。

表1 試驗(yàn)加壓及放電情況

通過(guò)分解試驗(yàn)，最終確定110 kVGIS進(jìn)線套管A相有絕緣故障。該套管經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)解體發(fā)現(xiàn)，屏蔽罩偏離導(dǎo)電桿中心軸12.5 mm（圖1），導(dǎo)致絕緣距離不夠而放電（圖2）。更換套管后，230 kV／1 min耐壓通電壓及投運(yùn)后進(jìn)行帶電測(cè)試 （U為rGIS額定電壓），無(wú)明顯局部放電信號(hào)。

3.2 局部放電檢測(cè)

有技術(shù)人員對(duì)該試驗(yàn)項(xiàng)目的必要性和有效性產(chǎn)生過(guò)懷疑，但實(shí)際上有些缺陷在尚未形成貫穿性通道的情況下，能夠承受交流耐壓試驗(yàn)。該試驗(yàn)電壓以252 kV為例＝175 kV），大于設(shè)備運(yùn)行電壓（145 kV），在該電壓下進(jìn)行局部放電測(cè)試，能在投運(yùn)之前發(fā)現(xiàn)缺陷，做到早發(fā)現(xiàn)、早處理。

圖1 屏蔽罩偏離圖

圖2 套管放電痕跡

在對(duì)某110 kVGIS進(jìn)行該項(xiàng)目試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)一次缺陷。試驗(yàn)過(guò)程如下：在電壓下進(jìn)行超聲波局部放電測(cè)試，發(fā)現(xiàn)一CT氣室局部放電信號(hào)明顯，圖譜連續(xù)模式和相位模式如圖3所示。

圖3 連續(xù)模式

由超聲波圖譜可知，該信號(hào)在連續(xù)模式下有效值和峰值都增大，信號(hào)穩(wěn)定，而50 Hz相關(guān)性明顯，100 Hz相關(guān)性較弱。初步判定為毛刺放電，但根據(jù)相位模式判斷，又像典型的震動(dòng)圖譜。利用超高頻局部放電測(cè)試儀進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)局部放電信號(hào)，因此可判斷該超聲信號(hào)來(lái)自于震動(dòng)。根據(jù)聲信號(hào)在GIS中的傳播方式（圖4），判定聲源不在外殼上。

圖4 不同噪聲源在GIS中的傳播

打開(kāi)該CT間隔進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)CT一固定螺絲松動(dòng)。經(jīng)廠家處理后，局部放電信號(hào)消失。

3.3 超聲波和超高頻相結(jié)合進(jìn)行帶電檢測(cè)

超聲波檢測(cè)對(duì)發(fā)現(xiàn)自由顆粒、振動(dòng)、懸浮電位等GIS設(shè)備內(nèi)部故障有較高的靈敏度，而對(duì)絕緣子內(nèi)部缺陷、絕緣子表面臟污及電場(chǎng)異常等故障類(lèi)型靈敏度較低；超高頻局部放電儀反映靈敏，并且可以區(qū)分局部放電和機(jī)械震動(dòng)信號(hào)。二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，結(jié)合應(yīng)用，才可以對(duì)缺陷進(jìn)行定性、定量、定位的狀態(tài)評(píng)價(jià)，為檢修工作提供依據(jù)。運(yùn)用此方法發(fā)現(xiàn)了山東省首例GIS重大缺陷。

220 kV某變電站110 kVGIS驗(yàn)收時(shí)，耐壓試驗(yàn)過(guò)程中曾發(fā)生過(guò)多次放電情況，經(jīng)過(guò)反復(fù)解體處理，通過(guò)了現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)并順利投運(yùn)。在設(shè)備隱患排查工作期間，對(duì)其進(jìn)行超高頻局部放電監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)有較強(qiáng)的放電信號(hào)，定期復(fù)測(cè)，信號(hào)有增長(zhǎng)趨勢(shì)，2010年6月，分別用超高頻和超聲波局部放電測(cè)試儀進(jìn)行了進(jìn)一步復(fù)測(cè)和分析。

超高頻局部放電測(cè)試情況。通過(guò)對(duì)GIS母線上盆式絕緣子進(jìn)行超高頻信號(hào)測(cè)量，結(jié)果顯示備用六間隔兩側(cè)1號(hào)母線上的兩個(gè)盆式絕緣子上超高頻放電信號(hào)最強(qiáng)（圖5），其他盆子上的信號(hào)明顯較弱，因此確定了放電氣室為1號(hào)母線上備用六間隔所在氣室。

超聲波局部放電測(cè)試情況。用超聲波局部放電檢測(cè)儀對(duì)放電氣室進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示放電信號(hào)最強(qiáng)點(diǎn)出現(xiàn)在1號(hào)母線上備用六間隔－1刀閘A相下方，其信號(hào)較其他部位有明顯增長(zhǎng)。所測(cè)最大超聲信號(hào)峰值達(dá)38 mv（圖6），且具有較強(qiáng)的100 Hz相關(guān)性，對(duì)信號(hào)進(jìn)行相位模式（圖7）分析，信號(hào)圖譜與標(biāo)準(zhǔn)的懸浮放電圖譜較為相似，初步診斷為懸浮放電類(lèi)型。

圖5 超高頻信號(hào)圖譜

圖6 連續(xù)模式

圖7 相位模式

將設(shè)備停電后解體檢查，檢查氣室內(nèi)無(wú)異常，更換有懷疑缺陷的絕緣子后，送電正常，局部放電信號(hào)消失。將有懷疑缺陷的A相支柱絕緣子進(jìn)行X光探傷，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有明顯裂紋（圖8），裂紋由內(nèi)而外還沒(méi)有延伸到表面，所以該絕緣子外觀檢查無(wú)異常。對(duì)A相支柱絕緣子進(jìn)行局部放電測(cè)試，在電壓升至50 kV時(shí)，即出現(xiàn)大于500 pC的明顯局部放電信號(hào)。

圖8 絕緣子內(nèi)部裂紋

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以確定，110 kVGIS在運(yùn)行過(guò)程中所測(cè)得的異常局部放電信號(hào)即來(lái)自于設(shè)備A相支柱絕緣子。

4 結(jié)語(yǔ)

在GIS設(shè)備交接時(shí)，進(jìn)行100%出廠電壓下現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)，能夠發(fā)現(xiàn)80%出廠電壓下不易發(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷。

GIS設(shè)備投運(yùn)后，定期使用超聲波和超高頻局部放電儀相結(jié)合的方法進(jìn)行帶電監(jiān)測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并處理，避免事故擴(kuò)大化。

以上三種檢測(cè)手段應(yīng)用后，可提升GIS設(shè)備的狀態(tài)診斷能力，提高絕緣故障檢出率，為電力設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。

［1］GB50150－2006電氣裝置安裝工程電氣試驗(yàn)交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］DL／T555－2004氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)耐壓及絕緣試驗(yàn)導(dǎo)則［S］.

［3］李秀衛(wèi)，陳玉峰，王慶玉.提高GIS現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)探討［J］.山東電力技術(shù)，2011（2）：22－26.

［4］毛慧卿，李秀國(guó).110 kVGIS局部放電異常分析與處理［J］.山東電力技術(shù)，2011（5）：28－30.