田 霖 刁彥平 王建偉 魏海軍 孫為民

（國網(wǎng)冀北電力有限公司檢修分公司，北京 102488）

罐式斷路器由于抗震性能好，集成穿心式電流互感器，現(xiàn)場安裝簡單等優(yōu)點在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，其制造、安裝質(zhì)量及運行安全也越來越引起人們重視[1]。六氟化硫中的水分、自由金屬顆粒、懸浮電位、電極表面的毛刺以及安裝過程中的遺留物等往往形成罐式斷路器早期放電缺陷，長期發(fā)展會導(dǎo)致絕緣擊穿閃絡(luò)，而此類缺陷在傳統(tǒng)停電例行試驗中卻很難被發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用超聲波法對罐式斷路器進行帶電檢測可以預(yù)防此類絕緣事故的發(fā)生。

1 超聲波檢測法

局部放電是設(shè)備絕緣系統(tǒng)中部分被擊穿的電氣放電，這種放電可以發(fā)生在導(dǎo)體附近，也可以發(fā)生在其他位置[2]。超聲波檢測法原理是利用超聲波傳感器把因局部放電而產(chǎn)生的頻率介于20～200kHz區(qū)間的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過對檢測數(shù)據(jù)進行分析和處理，判斷電氣設(shè)備內(nèi)是否存在局部放電現(xiàn)象以及局部放電的類型[3]。

超聲波檢測法為非電檢測方法，具有抗電磁干擾能力強、受機械噪聲影響小、便于實現(xiàn)放電定位和適應(yīng)范圍廣泛等優(yōu)點[4]。超聲波局部放電檢測范圍涵蓋變壓器、GIS 組合電器、罐式斷路器、開關(guān)柜、電纜終端、架空輸電線路等各類一次設(shè)備[5]。

2 罐式斷路器典型缺陷的特征分析

局部放電是很復(fù)雜的物理現(xiàn)象，用單一表征參數(shù)很難做到全面描述，因此在診斷中應(yīng)盡量對各種放電譜圖進行全面分析，以減少誤判[6]。

2.1 電暈缺陷

當罐式斷路器內(nèi)部存在金屬尖刺時，在高壓電場作用下會產(chǎn)生電暈放電信號。電暈放電信號的產(chǎn)生與施加在其兩端的電壓幅值具有明顯關(guān)聯(lián)性，在放電譜圖中則表現(xiàn)出典型的50Hz 相關(guān)性及100Hz相關(guān)性，即存在明顯的相位聚集效應(yīng)。但是，由于電暈放電具有較明顯極化效應(yīng)，其正、負半周內(nèi)的放電起始電壓存在一定差異，電暈放電信號的起始時刻主要集中在外施電壓的負半周，最大放電量發(fā)生在峰值附近。因此，電暈放電的50Hz 相關(guān)性明顯，100Hz 相關(guān)性較弱。

2.2 懸浮電位缺陷

當罐式斷路器內(nèi)部部件存在松動或者接觸不良時會引起電位懸浮，懸浮部位與導(dǎo)體之間存在耦合電容，在高壓電場作用下會產(chǎn)生容性放電信號[7]。此放電信號的產(chǎn)生與施加在其兩端的電壓幅值具有明顯關(guān)聯(lián)性，在放電譜圖中則表現(xiàn)出典型的50Hz相關(guān)性及100Hz 相關(guān)性，即存在明顯的相位聚集效應(yīng)，且100Hz 相關(guān)性大于50Hz 相關(guān)性。

2.3 自由金屬顆粒

當罐式斷路器內(nèi)部存在自由金屬顆粒缺陷時，在高壓電場作用下，自由金屬顆粒來回跳動，每次撞擊殼體都會產(chǎn)生一個寬帶的瞬態(tài)聲脈沖，與顆粒端部的局部放電信號相混合形成一個復(fù)合信號。自由金屬微粒產(chǎn)生的超聲波信號與放電關(guān)聯(lián)較小，相位特征不是很明顯，即50Hz、100Hz 相關(guān)性小。但是，由于自由金屬顆粒通過直接碰撞產(chǎn)生超聲波信號，因此其信號有效值及周期峰值往往較大。

3 現(xiàn)場檢測應(yīng)用

3.1 現(xiàn)場初步檢測判斷

在利用超聲法現(xiàn)場檢測中，我們通常判斷設(shè)備是否正常運行的依據(jù)是檢測儀器在連續(xù)圖譜狀態(tài)下信號有效值不應(yīng)大于2mV，峰值不應(yīng)大于5mV，且無50Hz 相關(guān)性和100Hz 相關(guān)性。

2015年1月20日，檢修公司組織帶電檢測人員對姜家營變電站罐式斷路器開展超聲局放帶電檢測工作，當天檢測過程中發(fā)現(xiàn)5031 斷路器A 相存在檢測信號異常現(xiàn)象，檢測到有效值最大15mV，峰值最大65mV 的超聲局放信號，有效值和峰值嚴重超出正常范圍，連續(xù)圖譜中表現(xiàn)出典型的50Hz相關(guān)性及100Hz 相關(guān)性，且100Hz 相關(guān)性大于50Hz相關(guān)性，50Hz 相關(guān)性最大0.25mV，100Hz 相關(guān)性最大2.5mV，信號隨時間發(fā)生變化，通過缺陷特征對比，既有罐式斷路器內(nèi)部懸浮放電缺陷的特征，又有自由金屬顆粒放電缺陷的特征，初步判斷斷路器內(nèi)部存在屏蔽松動和自由顆粒類綜合放電缺陷，B、C 相檢測數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)，5031 斷路器為新東北電氣（沈陽）高壓開關(guān)有限公司生產(chǎn)的LW56-550 型產(chǎn)品，投運時間為2005年12月27日，檢測位置如圖1所示，最大幅值圖譜如圖2所示，三相檢測結(jié)果見表1。

圖1 2015年1月20日5031 A 相斷路器帶電檢測位置圖

圖2 2015年1月20日5031 A 相斷路器帶電檢測圖譜 （連續(xù)模式）

3.2 現(xiàn)場進一步檢測判斷

2015年1月27日，為進一步對檢測結(jié)果進行確認，相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員再次對5031 罐式斷路器A相進行了復(fù)診，此次測試為了防止誤判，不僅采取兩種超聲檢測儀器同時進行檢測，而且添加氣體組分分析測試。檢測結(jié)果見表2、表3。

從復(fù)診結(jié)果來看，故障超聲信號仍然存在，且敲擊罐體后信號強度發(fā)生了明顯變化。斷路器內(nèi)部氣體組分正常，最終判斷斷路器內(nèi)部存在部件松動造成的懸浮電位或屏蔽松動，報嚴重急缺陷。

3.3 缺陷處理

停電后，進行罐體解體檢查，發(fā)現(xiàn)斷路器罐體內(nèi)及盆式絕緣子上方無放電痕跡，鉆罐檢查滅弧室內(nèi)屏蔽罩，發(fā)現(xiàn)中間屏蔽罩敲擊后有松動響聲，進一步檢查發(fā)現(xiàn)其固定螺栓四條中靠上側(cè)一條松動，且該螺栓已滑扣，斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及故障部件如圖3、圖4所示?，F(xiàn)場采用螺紋鎖緊劑緊固，以保證設(shè)備機械穩(wěn)定性和可靠性。設(shè)備重新投入運行后，利用超聲波法對5031 三相斷路器進行再次檢測，檢測結(jié)果顯示有效值和峰值都在規(guī)定范圍內(nèi)，且無50Hz相關(guān)性及100Hz 相關(guān)性，A 相缺陷消除，設(shè)備正常運行，檢測結(jié)果見表4。

表1 2015年1月20日5031 三相斷路器超聲局放帶電檢測結(jié)果

表2 2015年1月27日5031 A 相斷路器復(fù)診超聲局放帶電檢測結(jié)果

表3 2015年1月27日5031 A 相斷路器聯(lián)合復(fù)診 氣體組分帶電檢測結(jié)果

圖3 罐體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖示

圖4 松動螺栓圖示

4 結(jié)論

超聲波檢測法能有效地檢測罐式斷路器內(nèi)部的局部放電信號，可以作為一條有效的監(jiān)測手段長期開展，對于設(shè)備狀態(tài)評價具有重要意義。同時，現(xiàn)場檢測可以結(jié)合高頻法、超高頻法、化學檢測法等手段，以提高故障診斷的適用性和準確性。

表4 檢修后5031 三相斷路器超聲局放帶電檢測結(jié)果

[1] 王川波.高壓電氣絕緣及測試[M].北京: 中國水利水電出版社,1998.

[2] 戎琳.局部放電超聲信號仿真與評估技術(shù)研究[D].上海: 上海交通大學,2011.

[3] 王偉,馮新巖,曲文韜,等.超聲波法在GIS 局部放電檢測中的應(yīng)用[J].電氣技術(shù),2010(7): 38-41.

[4] T.Boczar,Identification of specific type of PD from acoustic emission frequency spectra,IEEE transactions on Dielectrics and Electrical Insulation[J].2001,8(4): 598-606.

[5] 王永強,張濤,王慧君.基于超高頻和超聲波的干式變壓器局部放電檢測與定位的研究[J].電測與儀表,2013(10): 1-5.

[6] W.R.Rutgers and Y.H.Fu,UHF PD-Detection in a power transformer,Proceedings of 10th international symposium on high voltage engineering[J].Montreal,August 219-222,1997.

[7] 黎大健,梁基重,步科偉,等.GIS 中典型缺陷局部放電的超聲波檢測[J].高壓電器,2009,45(1): 72-75.