段肖力，呂玉宏，葉會(huì)生，謝耀恒，吳水鋒

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長(zhǎng)沙410007)

多手段定位技術(shù)在GIS局部放電帶電檢測(cè)中的應(yīng)用

段肖力1，呂玉宏2，葉會(huì)生1，謝耀恒1，吳水鋒1

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長(zhǎng)沙410007)

介紹氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備局部放電帶電檢測(cè)中常用的定位技術(shù)。通過(guò)一起330 kV GIS內(nèi)部尖端放電缺陷的典型案例，表明聯(lián)合應(yīng)用多種定位技術(shù)，可以提高局部放電源的定位準(zhǔn)確度和精度。

局部放電；帶電檢測(cè)；超聲波；特高頻；定位

氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備(GIS)具有占地面積小、運(yùn)行可靠性高、檢修維護(hù)成本低、受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用〔1〕。但是GIS設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、絕緣場(chǎng)強(qiáng)大、對(duì)制造能力要求高，隨著電力系統(tǒng)GIS裝用量的迅速提升，GIS設(shè)備故障頻發(fā)，造成變電站全部停電或部分停電、電量損失、增加檢修成本、影響電網(wǎng)供電可靠性，給電網(wǎng)安全運(yùn)行造成很大的威脅。

雖然通過(guò)GIS設(shè)備停電試驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)部分缺陷，但停電試驗(yàn)電壓較低，不能夠反應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的真實(shí)狀況；并且高壓設(shè)備的絕緣劣化是一個(gè)累積和發(fā)展的過(guò)程，停電試驗(yàn)無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)該類潛伏性缺陷〔2〕。據(jù)統(tǒng)計(jì)，GIS設(shè)備的各類缺陷中，絕緣缺陷占有很大比例，GIS設(shè)備內(nèi)部的缺陷，極易發(fā)展為設(shè)備故障〔3〕。當(dāng)GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣出現(xiàn)問(wèn)題后，最先開(kāi)始的是產(chǎn)生局部放電〔4〕，因此局部放電是反應(yīng)GIS設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)之一〔56〕。

GIS設(shè)備帶電檢測(cè)能夠在不停電的情況下，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部局部放電及其它缺陷信號(hào)，檢測(cè)出GIS內(nèi)部缺陷信息及其嚴(yán)重程度，實(shí)現(xiàn)缺陷的定位，對(duì)故障提出預(yù)警，從而可以實(shí)現(xiàn)有計(jì)劃的檢修，減少設(shè)備損壞和事故發(fā)生。因此開(kāi)展GIS局部放電帶電檢測(cè)具有十分重要的意義〔7-8〕。目前，應(yīng)用于GIS局部放電帶電檢測(cè)中較為成熟的技術(shù)有超聲波(AE)局部放電檢測(cè)技術(shù)及特高頻(UHF)局部放電檢測(cè)技術(shù)。

1 GIS局部放電帶電檢測(cè)定位技術(shù)

當(dāng)檢測(cè)到GIS內(nèi)部存在局部放電信號(hào)后，需要對(duì)局部放電源進(jìn)行定位，為判斷缺陷嚴(yán)重程度提供指導(dǎo)，以做出準(zhǔn)確的檢修決策。GIS內(nèi)部局部放電源定位根據(jù)檢測(cè)方法，主要分為幅值定位和時(shí)差定位。

1.1 幅值定位技術(shù)

采用單傳感器測(cè)量GIS多個(gè)測(cè)點(diǎn)的超聲波信號(hào)或特高頻信號(hào)，根據(jù)幅值分布情況，可以大致將局部放電源定位于放電幅值最大的測(cè)點(diǎn)附近。幅值定位主要包括特高頻幅值定位法、超聲波幅值定位法。超聲波幅值定位精度比特高頻法的精度高，特高頻電磁波在GIS中傳播時(shí)衰減較小，在較大范圍內(nèi)檢測(cè)到的特高頻信號(hào)幅值無(wú)明顯變化，而超聲波在GIS中傳播時(shí)衰減很大，信號(hào)幅值隨放電源距離迅速減小。

1.2 時(shí)差定位技術(shù)

時(shí)差定位法是根據(jù)不同信號(hào)在介質(zhì)中傳播的時(shí)延規(guī)律來(lái)進(jìn)行定位的。根據(jù)基準(zhǔn)信號(hào)的不同，時(shí)差定位法又可以分為電電聯(lián)合定位法(基于特高頻時(shí)域信號(hào))、聲聲聯(lián)合定位法(基于超聲波時(shí)域信號(hào))及聲電聯(lián)合定位法(基于特高頻和超聲波時(shí)域信號(hào))，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)能否檢測(cè)到聲或電信號(hào)使用一種或多種定位方式。

2 檢測(cè)應(yīng)用實(shí)例分析

在對(duì)某330 kV GIS型號(hào)為ZF8-363的進(jìn)行帶電局部放電檢測(cè)時(shí)，應(yīng)用超聲波局部放電檢測(cè)儀在母線C相314322H368盆子附近氣室檢測(cè)到異常超聲波信號(hào)，如圖1所示，借助檢測(cè)儀器耳機(jī)能聽(tīng)到異?！八凰弧甭暋?/p>

圖1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置

2.1 缺陷類型分析

檢測(cè)到的超聲波信號(hào)圖譜如圖2所示。根據(jù)圖2(a)連續(xù)圖譜和圖2(b)相位圖譜可以看出，50Hz相關(guān)性明顯，超聲波信號(hào)在一個(gè)工頻周期內(nèi)只有1個(gè)聚集，具有尖端放電特征，可以初步判斷該缺陷由內(nèi)部尖端放電引起。

應(yīng)用特高頻局部放電帶電檢測(cè)，測(cè)試到的特高頻信號(hào)檢測(cè)信號(hào)如圖3所示，背景干擾及正常相未檢測(cè)到異常信號(hào)。根據(jù)圖3中PRPS和PRPD圖譜，一個(gè)工頻周期內(nèi)只有1簇放電信號(hào)，具有尖端放電特征，因此可以判斷該缺陷由內(nèi)部尖端放電引起，與超聲波局部放電檢測(cè)所判斷的缺陷類型一致。

圖2 超聲波局部放電檢測(cè)圖譜

圖3 特高頻PRPD和PRPS圖譜

2.2 放電源定位

2.2.1 超聲波幅值定位

對(duì)分支母線有異常信號(hào)氣室及相鄰氣室進(jìn)行多點(diǎn)反復(fù)測(cè)試，檢測(cè)位置示意如圖1所示，檢測(cè)結(jié)果如表1、圖4所示。將超聲波檢測(cè)儀器從100 kHz調(diào)整到50 kHz，檢測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)明顯變化。

表1 超聲法連續(xù)模式檢測(cè)數(shù)據(jù)mV

根據(jù)表1結(jié)果繪制的超聲峰值分布圖如圖4所示。

圖4 超聲峰值分布圖

綜合分析超聲波幅值定位數(shù)據(jù)，超聲波信號(hào)最大點(diǎn)位于測(cè)點(diǎn)1，且在測(cè)點(diǎn)1—5均能檢測(cè)到明顯的異常信號(hào)，改變測(cè)試頻率后，測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)明顯變化，說(shuō)明放電源位于測(cè)點(diǎn)1對(duì)應(yīng)的中心導(dǎo)體上。

2.2.2 聲電聯(lián)合定位

采用1個(gè)特高頻傳感器和2個(gè)超聲傳感器(特高頻傳感器放置在圖1中1號(hào)盆子澆注開(kāi)口處，2個(gè)超聲傳感器分別放置在圖1中測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)4)進(jìn)行聲電聯(lián)合定位，借助示波器檢測(cè)到的時(shí)域信號(hào)波形如圖5所示(其中，通道1-測(cè)點(diǎn)1超聲信號(hào)，通道2-特高頻信號(hào)，通道3-測(cè)點(diǎn)4超聲信號(hào))。

圖5 展開(kāi)后的時(shí)域波形

從圖5可以看出，通道1的超聲信號(hào)上升沿比較陡，與特高頻信號(hào)時(shí)延差Δt約為1 200 μs，其接收到的超聲信號(hào)應(yīng)為從放電源直接通過(guò)SF6介質(zhì)傳播過(guò)來(lái)的，超聲波在SF6介質(zhì)中傳播速度C約為140 m/s，考慮到特高頻信號(hào)傳播速度很快(光速)，可認(rèn)為Δt等于放電源到1號(hào)測(cè)點(diǎn)超聲傳感器的超聲波傳播時(shí)間，兩者相距約為L(zhǎng)＝Δt×C＝16.8 cm。

2.2.3 聲聲聯(lián)合定位

采用2個(gè)超聲傳感器(2個(gè)超聲傳感器放置在超聲信號(hào)最大的1號(hào)測(cè)點(diǎn)徑向?qū)ΨQ兩側(cè))進(jìn)行聲聲聯(lián)合定位，定位結(jié)果如圖6所示(其中，通道1對(duì)應(yīng)1號(hào)傳感器，通道3對(duì)應(yīng)2號(hào)傳感器)。

圖6 聲-聲定位時(shí)域波形圖

從圖6可以看出，2路超聲信號(hào)幾乎同時(shí)到達(dá)，說(shuō)明放電源位于兩個(gè)傳感器中垂面上。

2.2.4 定位結(jié)果分析

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)測(cè)量分支母線周長(zhǎng)約為126 cm，半徑即為20 cm，又分支母線載流導(dǎo)體半徑為5 cm，則導(dǎo)體外表面到GIS外殼內(nèi)表面距離為15 cm。根據(jù)表1測(cè)量結(jié)果，超聲信號(hào)在較大范圍內(nèi)均能檢測(cè)到；結(jié)合聲-電和聲-聲定位結(jié)果，放電源位于測(cè)點(diǎn)1對(duì)應(yīng)位置的GIS導(dǎo)體處，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量到測(cè)點(diǎn)1距1號(hào)絕緣盆子約為16 cm，如圖7所示。

圖7 放電源位置現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量圖

綜合分析根據(jù)定位結(jié)果，可以初步判斷缺陷可能在分支母線C相內(nèi)部對(duì)應(yīng)的中心導(dǎo)體或屏蔽罩處。

2.3 缺陷原因分析

母線內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。根據(jù)圖8，缺陷可能在圖中紅色框標(biāo)記的屏蔽罩或中心導(dǎo)體上?？梢耘袛嘣摲种妇€內(nèi)部存在尖端放電的原因?yàn)槠帘握只蛑行膶?dǎo)體上有毛刺，造成局部電場(chǎng)畸變，在電壓作用下導(dǎo)致局部放電。

圖8 分支母線內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 解體驗(yàn)證情況

對(duì)局部放電帶電檢測(cè)存在異常信號(hào)的母線C相氣室進(jìn)行解體檢查。在氣室下部發(fā)現(xiàn)一黑色異物，異物位置與局部放電帶電檢測(cè)定位結(jié)果軸向位置一致(與盆式絕緣子中心距160 mm)，位置示意圖如圖9所示，異物大小約2 mm×3 mm。異物來(lái)源為設(shè)備安裝時(shí)工藝控制不良造成異物吸附在盆式絕緣子與屏蔽罩連接處?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)缺陷氣室進(jìn)行了清潔處理，對(duì)盆式絕緣子開(kāi)展了局部放電試驗(yàn)和X射線探傷檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)兩項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均合格，表明異常局放信號(hào)來(lái)自于GIS解體過(guò)程中所發(fā)現(xiàn)的疑似放電源，而與盆式絕緣子無(wú)關(guān)。分支母線復(fù)電后帶電檢測(cè)結(jié)果正常，未發(fā)現(xiàn)局部放電信號(hào)。

圖9 位置示意圖

3 結(jié)論及建議

本次缺陷的原因?yàn)樵O(shè)備安裝時(shí)工藝控制不良造成異物吸附在盆式絕緣子與屏蔽罩連接處，造成局部電場(chǎng)畸變，引起尖端放電。

本次帶電檢測(cè)結(jié)果及解體情況說(shuō)明，通過(guò)局部放電帶電檢測(cè)能夠有效發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備內(nèi)部此類微小的局部突起產(chǎn)生的異常放電信號(hào)。

GIS設(shè)備安裝過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制安裝工藝，防止粉塵及異物侵入GIS本體內(nèi)部。

〔1〕朱毅，吳建軍，劉旭，等.GIS設(shè)備超聲波局部放電帶電測(cè)試方法及故障分析〔J〕.東北電力技術(shù)，2015，36(1):33-36.〔2〕王璐，王鵬.電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與狀態(tài)檢修技術(shù)〔J〕.現(xiàn)代電力，2002，19(5):40-45.

〔3〕G.C.Stone，V.Warren.Effect of manufacturer，winding age and insulation type on stator winding partial discharge levels.IEEE Electrical Insulation Magazine〔J〕.2004，20(5):13-17.

〔4〕M.Flickner，H.Hafner.Query by image and video content:The QBIC system〔C〕.IEEE Computer.Sept，1995，28(9): 23-32.

〔5〕張仁豫，陳昌漁，王昌長(zhǎng).高電壓試驗(yàn)技術(shù)〔M〕.北京:清華大學(xué)出版社，2009.

〔6〕金立軍，劉衛(wèi)東，黃家旗，等.GIS金屬顆粒局部放電的實(shí)驗(yàn)研究〔J〕.高壓電器，2002，38(3):10-13.

〔7〕劉衛(wèi)東，金立軍，黃家旗，等.日本SF6電器局部放電監(jiān)測(cè)技術(shù)研究近況〔J〕.高電壓技術(shù)，2001，27(2):76-77.

〔8〕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(cè)〔J〕.高壓電器，2009，45(1):72-75.

Application of multi-means location technology on GIS partial discharge on-line detection

DUAN Xiaoli1，LYU Yuhong2，YE Huisheng1，XIE Yaoheng1，WU Shuifeng1
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410007，China)

The paper introduces common techniques of gas insulated switchgear(GIS)partial discharge on-line detection.A typical case of 330 kV GIS inner point discharge indicates that combined application of multi-means location technology can improve the accuracy and precision of point discharge source locating.

partial discharge(PD)；on-line detection；acoustic emission(AE)；ultra high frequency(UHF)；location

TM855.1

B

1008-0198(2016)02-0043-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.02.010

2016-02-25