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        1000kV特高壓GIS局放在線監(jiān)測(cè)應(yīng)用及案例分析

        2015-10-29 07:21:54
        中國(guó)科技縱橫 2015年24期
        關(guān)鍵詞:局放電暈出線

        尹 恒

        (國(guó)網(wǎng)浙江檢修公司,浙江杭州 310000)

        1000kV特高壓GIS局放在線監(jiān)測(cè)應(yīng)用及案例分析

        尹恒

        (國(guó)網(wǎng)浙江檢修公司,浙江杭州310000)

        本文描述了1000kV特高壓GIS的應(yīng)用概況及其運(yùn)行特性,重點(diǎn)對(duì)述1000kV特高GIS局部放電特征分類說(shuō)明,詳細(xì)描述1000kV特高壓浙中站GIS局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成情況及其軟硬件特點(diǎn),通過(guò)1起特高壓故障診斷案例比對(duì)分析1000kV特高壓GIS設(shè)備局放在線監(jiān)測(cè)和專業(yè)帶電檢測(cè)各自特點(diǎn),闡述故障診斷中的典型方法和關(guān)鍵經(jīng)驗(yàn)。

        1000kV特高壓GIS局部放電在線監(jiān)測(cè)故障診斷

        隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,特別是東部沿海地區(qū)對(duì)電力能源需求日益增長(zhǎng),但由于我國(guó)能源分布與負(fù)荷中心分布存在較大地理空間,所以發(fā)展傳輸容量大、距離遠(yuǎn)、設(shè)備先進(jìn)、安全穩(wěn)定的特高壓輸電技術(shù)是解決我國(guó)能源戰(zhàn)略的重要舉措。目前,我國(guó)已建成3條1000千伏交流特高壓輸變電工程(10座1000kV特高壓交流變電站),特高壓站中1000kV配電裝置主要采用GIS(HGIS)設(shè)備,即為氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備(gas insulated switchgear),特高壓系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)就是要做好設(shè)備狀態(tài)管理,在各種運(yùn)檢維護(hù)技術(shù)中,利用局放在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是收集1000kV GIS設(shè)備運(yùn)行工況數(shù)據(jù)的重要手段之一。

        圖1 固定粒子放電典型圖譜

        圖2 自由粒子放電典型圖譜

        圖3 浮動(dòng)電極放電典型圖譜

        圖4 絕緣空穴放電典型圖譜

        1 1000kV特高壓GIS的工程應(yīng)用概況及其運(yùn)行特性

        GIS設(shè)備自上個(gè)世紀(jì)中期問(wèn)世以來(lái)在電力系統(tǒng)輸變電工程中飛速發(fā)展,特別是近些年電力制造技術(shù)水平全面提升后,GIS設(shè)備已從低電壓等級(jí)的配電領(lǐng)域向超高壓(220kV-750kV)、特高壓(交流1000kV、直流±800kV)全面發(fā)展并大規(guī)模工程應(yīng)用。與常規(guī)設(shè)備相比1000kVGIS設(shè)備具有占地面積?。?0%)、避免電磁污染、防止人員觸電、檢修周期長(zhǎng)、設(shè)備絕緣性能不受周圍大氣條件影響、抗震性強(qiáng)等特點(diǎn),已建成的10座交流特高壓站中有8座采用GIS、2座采用HGIS,根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司“兩型一化”要求,后續(xù)特高壓工程將全部使用GIS作為配電裝置典型設(shè)計(jì)。

        圖5 局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

        圖6 某特高壓站OCU布置圖(部分)

        圖7 局放在線監(jiān)測(cè)顯示的局放譜圖

        圖8 T012斷路器B相超聲信號(hào)

        圖9 OCU7與OCU11的時(shí)域信號(hào)(20ns每格,黃色為OCU7、綠色為OCU11,黃色領(lǐng)先綠色信號(hào)約100ns)

        圖10 OCU8與OCU22的時(shí)域信號(hào)(50ns每格,黃色為OCU22、紅色為OCU8,紅色領(lǐng)先黃色信號(hào)約150ns)

        在運(yùn)行過(guò)程,1000kV特高壓GIS面臨運(yùn)行電壓高、大負(fù)荷、受系統(tǒng)沖擊和內(nèi)外部過(guò)電壓對(duì)設(shè)備絕緣多重嚴(yán)峻的考驗(yàn),例如斷路器內(nèi)滅弧室電場(chǎng)分布、流場(chǎng)分布、熱場(chǎng)分布,液壓機(jī)構(gòu)輸出功率的穩(wěn)定性及可靠性,盆式絕緣子、支柱絕緣子的絕緣穩(wěn)定強(qiáng)度,閘刀觸頭、動(dòng)合部件的咬合度,還包括在設(shè)備安裝試驗(yàn)過(guò)程中的受工藝水平、清潔度、SF6氣體成份等影響都可能引起局部放電并逐步發(fā)展為設(shè)備故障。

        2 1000kV特高壓GIS局部放電類型及特征

        1000kV特高壓GIS采用SF6作為絕緣氣體,根據(jù)對(duì)已投運(yùn)的特高壓GIS運(yùn)行工況的跟蹤顯示,以特高壓GIS局部放電為故障先期特征的缺陷成為影響設(shè)備安全運(yùn)行重要原因,結(jié)合低電壓等級(jí)GIS設(shè)備局部放電的經(jīng)驗(yàn)和特高壓GIS局部放電特征可分類為:母線和氣室電暈(也稱作固定粒子)、自由粒子、浮動(dòng)電極、絕緣故障、干擾等。

        2.1母線電暈(固定粒子)

        母線電暈是指母線導(dǎo)體上的突起產(chǎn)生的局部放電,這種放電可能是由焊在母線上的金屬屑引起的。當(dāng)母線電壓到達(dá)峰值的時(shí)候,突起的尖端高度受壓,便產(chǎn)生電暈放電(局放)。在發(fā)展的第一階段—初始階段—放電首先發(fā)生在母線電壓的負(fù)半周期(如圖1)。隨著母線電壓的增加,或者突起的長(zhǎng)度增加,放電率大幅上升,在正半周期可能會(huì)發(fā)生一種更大的放電。這種放電往往是很規(guī)則的,更大的放電可能發(fā)展成很危險(xiǎn)的放電。

        2.2氣室電暈 (固定粒子)

        氣室電暈與母線電暈相似,但是氣室電暈是由氣室壁的突起產(chǎn)生的。因此,它的局放圖像與母線電暈的圖像相似,放電開(kāi)始發(fā)生在負(fù)半周期的峰值處。

        2.3自由粒子

        自由粒子是指留在GIS內(nèi)的很小的金屬顆粒,例如金屬屑。這種粒子受高電場(chǎng)的影響發(fā)生跳躍。顆粒每與殼體碰撞一次,便發(fā)生一次放電。自由粒子似乎是隨機(jī)移動(dòng)的,放電有可能發(fā)生在交流電源周期的任一點(diǎn)上(如圖2)。

        在15分鐘POW數(shù)據(jù)圖上,自由粒子分布的形狀變得很明顯。計(jì)數(shù)率很小,相對(duì)均勻分布,可以看到它的振幅大多數(shù)聚集在交流波形的正負(fù)峰值處。

        圖11 B相OCU8與OCU7的時(shí)域信號(hào)(20ns每格,黃色為OCU7、綠色為OCU8,綠色領(lǐng)先黃色信號(hào)約27ns)

        圖12 T012 B相斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

        2.4浮動(dòng)電極

        GIS的部件沒(méi)有接地或是沒(méi)有接到母線上,會(huì)形成浮動(dòng)部件或浮動(dòng)電極。浮動(dòng)電極的作用就像一個(gè)放電電容器,它產(chǎn)生非常高的振幅(>100pC),由于局放信號(hào)使PDM系統(tǒng)的靈敏輸入放大器飽和了,信號(hào)輸出是滿量程(100%)(如圖3)。

        2.5絕緣缺陷

        絕緣缺陷表現(xiàn)為GIS屏蔽體內(nèi)的空隙、屏蔽體表面的污染物。絕緣缺陷的特點(diǎn)是:在整個(gè)周期內(nèi)表現(xiàn)為中低幅值的信號(hào)。最大振幅發(fā)生在交流周期的正負(fù)峰值處。絕緣缺陷往往在第三象限產(chǎn)生最大的計(jì)數(shù)率,隨著電壓到達(dá)下一個(gè)零點(diǎn)逐漸變?。ㄈ鐖D4)。對(duì)于嚴(yán)重的絕緣缺陷應(yīng)立即組織設(shè)備停運(yùn),防止缺陷的發(fā)展,避免設(shè)備事故。

        3 特高壓站GIS局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹

        為準(zhǔn)確掌握1000kV特高壓GIS設(shè)備內(nèi)部的局部放電情況,實(shí)時(shí)、量化、動(dòng)態(tài)跟蹤局放數(shù)據(jù),提高設(shè)備狀態(tài)的掌控力度,特高壓某站安裝了一套特高頻局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),需在特高壓GIS設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中同步安裝和預(yù)留內(nèi)置式局放探頭,局放探頭的數(shù)量及布局應(yīng)根據(jù)GIS的實(shí)際空間布置進(jìn)行專項(xiàng)定制。局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由內(nèi)置式傳感器探頭、IED和專家系統(tǒng)三部分組成(如圖5)。

        傳感器用于測(cè)量和采集特高壓GIS設(shè)備局部放電時(shí)產(chǎn)生的UHF信號(hào),IED主機(jī)用于采集傳感器過(guò)來(lái)的特高頻信號(hào),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和診斷,形成設(shè)備初步單項(xiàng)評(píng)價(jià)。IED將監(jiān)測(cè)信息傳輸至上級(jí)單元,并可根據(jù)上級(jí)單元要求傳送詳細(xì)監(jiān)測(cè)信息。專家系統(tǒng)利用統(tǒng)計(jì)技術(shù)和智能診斷技術(shù),對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,給出系統(tǒng)的放電趨勢(shì)和診斷意見(jiàn)。

        4 案例分析

        某1000kV特高壓站GIS投運(yùn)帶電后,現(xiàn)場(chǎng)局放在線監(jiān)測(cè)裝置顯示江蓮I出線、T012間隔、T011間隔、1#主變出線等部位的OCU6-8、11、22 B相在線局放報(bào)警(如圖6)。

        4.1局放在線監(jiān)測(cè)分析

        江蓮II出線、T012間隔、T011間隔、1#主變出線等部位的OCU6、7、8、11、22B相在線局放報(bào)警的PRPS譜圖(如圖7所示)。因信號(hào)很強(qiáng)已超出檢測(cè)范圍,無(wú)法累積成PRPD譜圖??梢?jiàn),局放信號(hào)譜圖仍為典型的懸浮放電信號(hào),且OCU6的信號(hào)明顯較鄰近的OCU7弱,說(shuō)明信號(hào)源應(yīng)是在OCU6之前的GIS部位輻射出來(lái)的。另外,OCU18無(wú)信號(hào),這也說(shuō)明局放信號(hào)源應(yīng)發(fā)生在T011間隔、T012間隔、江蓮I出線、#1主變出線部位。

        4.2現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)分析

        根據(jù)局放在線監(jiān)測(cè)的初步分析和定位,現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)采用超聲波法對(duì)江蓮I出線、T012間隔、T011間隔、T021間隔、1#主變出線B相等進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)T012斷路器B相處有超聲信號(hào)(約為背景信號(hào)的1.8倍),且存在頻率成分(如圖8)。

        由于1000kV特高壓浙中站GIS的盆式絕緣子采用無(wú)澆注孔式完全金屬屏蔽,且盆式絕緣子邊緣無(wú)接地屏蔽環(huán),因此局放信號(hào)無(wú)法通過(guò)盆式絕緣子處檢測(cè),現(xiàn)場(chǎng)利用示波器對(duì)在線監(jiān)測(cè)內(nèi)置傳感器的信號(hào)進(jìn)行定位。

        4.2.1OCU7-11的定位結(jié)果

        如圖9所示(OCU7-11的直線距離約為15m),可見(jiàn)局放信號(hào)到達(dá)OCU7領(lǐng)先于OCU11約100ns,換算成距離為30m,說(shuō)明信號(hào)先傳播至OCU7,再到OCU11。

        4.2.2OCU8-22的定位結(jié)果

        OCU8-22的定位結(jié)果如圖10所示(OCU8-22的直線距離約為20m),可見(jiàn)OCU8領(lǐng)先于OCU22約150ns,換算成距離為45m,說(shuō)明信號(hào)先傳播至OCU8,再到OCU22的。

        上述兩個(gè)定位結(jié)果均表明局放信號(hào)是從GIS內(nèi)部傳播至出線套管處的,信號(hào)源應(yīng)位于B相T012間隔、T011間隔內(nèi)。

        4.2.3通過(guò)設(shè)備帶電時(shí)序定位

        在某次設(shè)備帶電操作過(guò)程中,現(xiàn)場(chǎng)記錄了在線監(jiān)測(cè)局放信號(hào)的形成時(shí)序,在某日21:00左右,T011處于冷備用階段、而T012間隔帶電時(shí),查看DMS在線裝置后臺(tái)發(fā)現(xiàn)OCU6-8、11、22 B相處的局放信號(hào)仍然存在,且信號(hào)衰減分布,說(shuō)明局放源可排除來(lái)自于T011間隔。

        4.2.4T012間隔內(nèi)部構(gòu)件精確定位結(jié)果

        為了確定具體局放位置,將B相T012間隔兩端的OCU7和OCU8處的特高頻信號(hào)到達(dá)時(shí)間進(jìn)行了比較,如圖11所示。可見(jiàn),OCU8領(lǐng)先于OCU7約27ns,而OCU8和7兩個(gè)傳感器之間的距離約為23m,通過(guò)時(shí)間差定位可知放電源距離OCU8處約為7.5m,而T012斷路器中心位置離OCU8處距離約為8.5m,說(shuō)明局放源位于離T012斷路器中心位置靠T0122約1m處。

        其后,國(guó)內(nèi)外多家專業(yè)檢測(cè)單位對(duì)此局放信號(hào)開(kāi)展了檢測(cè)和定位,一致判定局放源位于距離T012 B相斷路器中間位置靠T0122約1m處,放電類型為懸浮放電。根據(jù)GIS廠家人員確認(rèn)該處位置為滅弧室附近,涉及多個(gè)設(shè)備元器件(如圖12),可能因屏蔽罩、螺絲松動(dòng)造成。

        5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

        通過(guò)上述案例,我們認(rèn)為1000kV特高壓GIS局放在線監(jiān)測(cè)的發(fā)揮了設(shè)備局放預(yù)警功能,局放監(jiān)測(cè)的專家系統(tǒng)對(duì)局放定性與現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)有著一致性,在特高壓GIS設(shè)備中推廣局放在線監(jiān)測(cè)是保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行和狀態(tài)評(píng)價(jià)的重要工具。

        [1]劉振亞.特高壓交直流電網(wǎng).圖書目錄[M].北京:中國(guó)電力出版社,2013.12.

        [2]盧鵬,方煜瑛,劉旭.1100kVGIS設(shè)備特高頻(UHF)法測(cè)量局部放的應(yīng)用研究[J].電力建設(shè),2009.06.

        [3]肖登明,李旭光,秦松林.特高壓輸變電系統(tǒng)中GIS氣體放電特性[J].高電壓技術(shù),2007.06.

        尹恒(1982—),男,工程師,從事特高壓變電設(shè)備運(yùn)檢管理。

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