孫利朋，劉興文，齊 飛，周新軍，謝耀恒

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007；2.國網(wǎng)湖南省電力公司永州供電分公司，湖南永州425100)

GIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)熱性缺陷分析

孫利朋1，劉興文1，齊 飛1，周新軍2，謝耀恒1

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007；2.國網(wǎng)湖南省電力公司永州供電分公司，湖南永州425100)

本文根據(jù)1例隔離開關(guān)內(nèi)部接觸不良導(dǎo)致的發(fā)熱缺陷，結(jié)合其他帶電檢測手段及其負載情況，進行了綜合分析，認為該類缺陷應(yīng)結(jié)合特高頻、超聲波局部放電和SF6氣體分析結(jié)果，判斷其是否存在放電性缺陷，且應(yīng)加強跟蹤檢測，防止因接觸不良而導(dǎo)致懸浮、自由顆粒或尖端等放電缺陷；同時，分析缺陷發(fā)熱嚴重程度時應(yīng)綜合考慮罐體結(jié)構(gòu)、氣室大小以及負載情況等因素。

帶電檢測；紅外熱成像；GIS；發(fā)熱；缺陷

紅外熱成像檢測技術(shù)是一種電力設(shè)備帶電檢測的有效手段，可以有效發(fā)現(xiàn)電壓致熱型、電流致熱型和綜合致熱型缺陷〔1-5〕，已被廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)各類設(shè)備的帶電檢測。

根據(jù)紅外測溫的相關(guān)標準〔6〕，大部分電力設(shè)備的發(fā)熱缺陷均可以明確做出嚴重程度分析，并做出相應(yīng)的檢修決策。但對于GIS內(nèi)部接觸不良而導(dǎo)致的發(fā)熱缺陷，紅外熱成像技術(shù)僅能檢測其外殼的溫度，且由于SF6氣體具有良好的散熱性能，難以準確判斷其內(nèi)部溫度，目前也沒有標準對其進行判斷。

文中針對1例GIS隔離開關(guān)內(nèi)部接觸不良發(fā)熱缺陷，結(jié)合特高頻、超聲波局部放電和SF6氣體成分分析結(jié)果以及負載情況，進行了綜合診斷分析。可以為類似缺陷的分析提供參考。

1 缺陷情況介紹

2015年5月30日，對330 kV某變電站110 kV HGIS進行紅外測溫時(氣溫12.5℃，相對濕度21.3%，風速0.1 m/s)，發(fā)現(xiàn)2號主變110 kV側(cè)1102間隔11026C相隔離開關(guān)內(nèi)部異常發(fā)熱，如圖1所示，紅外測溫數(shù)據(jù)見表1。

表1 11026C相隔離開關(guān)的紅外測溫數(shù)據(jù)

圖1 2號主變110 kV側(cè)11026隔離開關(guān)紅外測溫圖片

為進一步確認缺陷類型，采用了超聲波和特高頻局部放電、SF6氣體成分分析、SF6氣體濕度分析等檢測技術(shù)對11026C相隔離開關(guān)進行了測試，結(jié)果均無異常。5月31日，負載電流下降至90.3 A，對2號主變110 kV側(cè)1102間隔C相11026隔離開關(guān)進行了紅外測溫復(fù)測，溫升為0，如圖2所示。

圖2 11026隔離開關(guān)負載電流較小時的紅外熱像圖

2 缺陷原因分析

從2次紅外測溫的結(jié)果來看:在負載電流較大(303.58 A)時，11026C相隔離開關(guān)內(nèi)部出現(xiàn)明顯發(fā)熱，在負載電流較小(90.3 A)時，該隔離開關(guān)溫升下降明顯，說明其內(nèi)部溫升情況與負載電流大小相關(guān)。

從超聲波、特高頻局放、SF6氣體成分和濕度分析的結(jié)果可知，其內(nèi)部沒有出現(xiàn)放電。

綜合上述分析來看，該隔離開關(guān)內(nèi)部應(yīng)是由于接觸不良而導(dǎo)致的電流致熱型缺陷。

3 缺陷嚴重程度分析

對于該隔離開關(guān)內(nèi)部電流致熱型缺陷，目前沒有相關(guān)的規(guī)程對其缺陷性質(zhì)進行明確判定。根據(jù)11026隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)、發(fā)熱情況和負載電流情況，結(jié)合相關(guān)文獻進行如下分析:

1)文獻〔7〕對高壓導(dǎo)線外半徑為53 mm，接地外殼內(nèi)半徑為168 mm，外殼厚度為8 mm，內(nèi)部SF6氣體壓力為0.3 MPa，外部環(huán)境溫度為15℃的220 kV單個GIS罐體進行了仿真計算，計算結(jié)果如圖3所示。圖中，t∞為環(huán)境溫度，tw為設(shè)備外殼表面溫度，tn為設(shè)備外殼內(nèi)壁溫度，ti為高壓導(dǎo)體表面溫度。

圖3 文獻〔7〕對單個GIS罐體溫度場的仿真計算結(jié)果

從仿真計算結(jié)果來看:高壓導(dǎo)體表面溫度與設(shè)備外殼表面溫度成線性關(guān)系；高壓導(dǎo)體表面溫度還與外部環(huán)境溫度和內(nèi)部SF6氣體壓力有關(guān)，設(shè)備外殼表面溫度相同時，外部環(huán)境溫度越低，內(nèi)部SF6氣體壓力越大，高壓導(dǎo)體表面溫度也越高。圖3中，采用外延法估算，在設(shè)備外殼表面溫度為16.3℃、環(huán)境溫度為15℃時，內(nèi)部高壓導(dǎo)體表面溫度為25.5℃；在設(shè)備外殼表面溫度為15℃、環(huán)境溫度為15℃時，內(nèi)部高壓導(dǎo)體表面溫度為16.8℃。

11026C相隔離開關(guān)與仿真模型進行對比，主要區(qū)別有:①11026C相隔離開關(guān)接地外殼外半徑為150 mm，與仿真計算模型的尺寸相當；②高壓導(dǎo)線外半徑由于沒有廠家資料，暫時未知；③內(nèi)部SF6氣體壓力為0.53 MPa，高于仿真壓力值；④外部環(huán)境溫度為12.5℃，低于仿真時的溫度；⑤仿真計算的內(nèi)部高壓導(dǎo)體為均勻發(fā)熱，而11026C相隔離開關(guān)是觸頭的局部發(fā)熱，局部發(fā)熱點溫升遠高于整體均勻發(fā)熱。因此，綜合上述差異因素來看，11026C相隔離開關(guān)內(nèi)部熱點溫度應(yīng)遠高于估算值25.5℃。

2)對于正常設(shè)備而言，其內(nèi)部高壓導(dǎo)體為均勻發(fā)熱，因此，正常設(shè)備內(nèi)部導(dǎo)體溫度應(yīng)與文獻〔7〕的估算相當，根據(jù)文獻〔7〕的估算，當環(huán)境溫度為15℃時，正常設(shè)備內(nèi)部高壓導(dǎo)體的溫升為1.8 K。

根據(jù)DL/T 664—2008《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》，相對溫差δ按下式計算:

式中 T1為發(fā)熱點溫度，為保守起見，取模型的估算值25.5℃；T2為正常相對應(yīng)的溫度，取模型的估算值16.8℃；T0為環(huán)境參考體溫度，取模型計算值15℃。此時，相對溫差δ為82.9%。參照DL/T 664—2008中類似設(shè)備的發(fā)熱缺陷標準(相對溫差δ≥80%)，判斷為嚴重缺陷。

但因上述計算取值均比較保守，實際上該隔離開關(guān)內(nèi)部熱點溫度應(yīng)遠高于估算值25.5℃，因此，相對溫差δ也應(yīng)高于82.9%，不排除達到危急缺陷標準(相對溫差δ≥95%)的可能性。

3)11026隔離開關(guān)的額定電流為629.85 A，而測試的最大負載電流為303.58 A，為額定電流的48.2%，因此，在運行過程中，11026C相隔離開關(guān)的溫升可能會隨負載電流的增加而進一步增大，根據(jù)經(jīng)驗公式〔8—9〕

式中 Δθ1為在實際負荷電流為I1時實際檢測的接頭相對溫升值，Δθn為折算成額定電流In時的接頭相對導(dǎo)線的溫升。按上式估算，內(nèi)部溫升應(yīng)高于94.94 K(保守計算，負載電流為303.58 A時，內(nèi)部溫升Δθ1選取為模型估算值10.5 K)，此時內(nèi)部溫度應(yīng)高于109.94℃，根據(jù)標準〔6〕中類似設(shè)備的發(fā)熱缺陷標準，判定為嚴重及以上缺陷。

4)該缺陷為首次發(fā)現(xiàn)，無法對該缺陷進行歷史縱向數(shù)據(jù)分析。

5)如果長期運行，可能會由于觸頭接觸不良，而導(dǎo)致懸浮、自由顆?；蚣舛说确烹娙毕?。

綜合上述，該缺陷判定為電流致熱型的嚴重及以上缺陷。

4 結(jié)論

1)對于GIS內(nèi)部發(fā)熱缺陷，應(yīng)結(jié)合特高頻和超聲波局部放電、SF6氣體成分分析結(jié)果，進行綜合診斷，判斷其內(nèi)部是否存在局部放電。

2)對于GIS內(nèi)部接觸不良缺陷，其外殼發(fā)熱的溫度不僅與內(nèi)部熱點溫度有關(guān)，還與外部溫度、氣室大小、負載大小等有關(guān)，對其缺陷嚴重程度應(yīng)結(jié)合各相關(guān)因素進行綜合分析。

3)對于GIS內(nèi)部接觸不良引起的發(fā)熱缺陷應(yīng)加強跟蹤檢測，防止由于接觸不良，而導(dǎo)致懸浮、自由顆?；蚣舛说确烹娙毕?。

〔1〕喬亞軍，林其雄，林李波.500 kV CVT電磁單元過熱缺陷分析與處理〔J〕.電力電容器與無功補償，2015，36(4):61-63.

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Analysis of internal heating defect in GIS

SUN Lipeng1，LIU Xingwen1，QI Fei1，ZHOU Xinjun2，XIE Yaoheng1
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Yongzhou Company，Yongzhou 425100，China)

The paper analyzes the heating defect caused by poor contact in the disconnection switch combined with other on-line detection means and charged load.The article considers that it is necessary to judge whether there are discharged defects according to super high frequency，ultrasonic partial discharge and SF6gas analysis results.The tracking detection should be strengthened to avoid suspension，free particles or tip discharge defect due to bad contact.The analysis of defect severity should be analyzed combining with the structure，size of the tank and the charged load.

on-line detection；infrared thermal imaging；gas insulated switchgear(GIS)；heating；defect

TM855.1

A

1008-0198(2016)02-0066-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.02.017

2015-12-29 改回日期:2016-02-24