1.孫雙懿 2.李劍眉
1.新東北電氣集團(tuán)高壓開關(guān)設(shè)備有限公司 2.新東北電氣集團(tuán)超高壓有限公司沈陽分公司
110kV電壓等級(jí)GIS實(shí)體缺陷設(shè)計(jì)及帶電檢測
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1.新東北電氣集團(tuán)高壓開關(guān)設(shè)備有限公司 2.新東北電氣集團(tuán)超高壓有限公司沈陽分公司
氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(以下簡稱GIS)由于其占地面積小,滅弧能力強(qiáng),運(yùn)行可靠、檢修周期長且不受環(huán)境污染和高海拔影響等優(yōu)點(diǎn),在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但同時(shí)由于其本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)早期故障不易被人感官發(fā)現(xiàn),其中某個(gè)設(shè)備的故障很容易波及臨近設(shè)備。通過局部放電帶電檢測發(fā)現(xiàn)GIS的絕緣缺陷是一種科學(xué)有效的方法,相比停電試驗(yàn)?zāi)軌蛴行У匕l(fā)現(xiàn)其內(nèi)部早期的絕緣缺陷,并能對(duì)缺陷點(diǎn)進(jìn)行定位,以指導(dǎo)檢修,提高GIS的可靠性。帶電檢測技術(shù)在不停電條件下可掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),能避免故障的發(fā)生,減少事故率,降低設(shè)備檢修成本。
110kV電壓等級(jí);GIS;實(shí)體缺陷設(shè)計(jì);帶電檢測
GIS設(shè)備的安全運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定至關(guān)重要,一旦發(fā)生故障,將引起所轄局部地區(qū)乃至全部地區(qū)停電事故。GIS在設(shè)備制造、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行等環(huán)節(jié)均有可能產(chǎn)生安全隱患,造成絕緣缺陷。GIS設(shè)備帶電檢測技術(shù)能夠在不停電的情況下,及早的發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部局部放電及其它缺陷信號(hào),檢測出GIS內(nèi)部缺陷信息及其嚴(yán)重程度,實(shí)現(xiàn)缺陷的精確定位,對(duì)故障提出預(yù)警,從而實(shí)現(xiàn)有計(jì)劃的安排檢修,減少設(shè)備損壞和事故發(fā)生。
在運(yùn)行過程中,GIS會(huì)因機(jī)械等原因而引起極不均勻場電暈放電,或者在高壓導(dǎo)體附近出現(xiàn)金屬懸浮物,或者開關(guān)動(dòng)作在殼體產(chǎn)生金屬顆粒,盆式絕緣子因工藝不良出現(xiàn)空穴放電以及導(dǎo)體間接觸不良在磁場和電流作用下產(chǎn)生振動(dòng)等現(xiàn)象。根據(jù)這5種缺陷問題,本文設(shè)計(jì)并研制了金屬尖端、懸浮電位、自由金屬微粒、固體絕緣件內(nèi)部氣隙放電和電接觸不良5種GIS缺陷等效模型。
本文根據(jù)GIS內(nèi)部實(shí)際運(yùn)行環(huán)境,同時(shí)將各種不同局放缺陷模型放置于內(nèi)部,模擬各種不同局放故障,設(shè)計(jì)的局部放電檢測模擬平臺(tái)如圖1所示。
圖1 結(jié)構(gòu)示意圖
平臺(tái)主要包括以下部件:無局放升壓變壓器與無局放耦合電容器①、4種典型絕緣缺陷②、1種電接觸不良導(dǎo)致的機(jī)械振動(dòng)缺陷③、GIS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)本體④、特高頻內(nèi)置傳感器⑤、氣隔盆式絕緣子⑥、高壓出線套管⑦,此外還包括視頻監(jiān)測系統(tǒng)、電源控制箱、電源濾波器、SF6氣體密度計(jì)等,可模擬110kV~500kVGIS各種局部放電現(xiàn)象。
其中高壓出線套管可以外接電纜,可模擬GIS變電站電纜出線結(jié)構(gòu),用來開展電纜缺陷模擬和電纜局放帶電檢測等研究。其中4種典型絕緣缺陷可以人工自由調(diào)節(jié)缺陷位置及組合種類;電流接觸不良缺陷氣室通過氣隔盆式絕緣子與其他氣室隔離,可以借助升流器單獨(dú)開展大電流下機(jī)械振動(dòng)缺陷的模擬和檢測研究。無局放升壓變壓器(內(nèi)置于GIS缺陷模擬裝置),主要是為整個(gè)GIS缺陷模擬裝置提供試驗(yàn)電壓,其額定功率為5kVA,額定最高輸出電壓為160kV,100%額定電壓下局放量≤1pC。
無局放耦合電容器也內(nèi)置于GIS缺陷模擬裝置,用于電脈沖法局放測試,信號(hào)出口與阻抗連接。內(nèi)置有2個(gè)特高頻傳感器,主要用于檢測內(nèi)部放電產(chǎn)生的特高頻信號(hào),傳感器頻帶為300MHz~1500MHz,靈敏度達(dá)到-65dBm。共用4個(gè)盆式絕緣子,主要用于固定母線,同時(shí)可起氣體密封作用,外置式特高頻傳感器可放在盆式絕緣子上進(jìn)行局放電磁波信號(hào)檢測。共有2個(gè)通道,采用紅外探測模式,最小分辨率為1024×768像素,具備自動(dòng)記錄、備份功能,可實(shí)時(shí)影像傳遞。
安裝完畢后的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)交接試驗(yàn)合格,符合相關(guān)行業(yè)及國家標(biāo)準(zhǔn)。平臺(tái)局放量不大于2pC。平臺(tái)可同時(shí)模擬多個(gè)缺陷的放電。應(yīng)用該平臺(tái)能夠真實(shí)模擬變電站運(yùn)行工況、復(fù)雜電磁環(huán)境下各種設(shè)備典型缺陷,完成GIS設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的研究開發(fā)、技能培訓(xùn)、儀器校驗(yàn)與比對(duì)等工作。
運(yùn)行GIS內(nèi)部充有高壓SF6氣體,其絕緣強(qiáng)度和擊穿場強(qiáng)都很高。當(dāng)局部放電在很小的范圍內(nèi)發(fā)生時(shí),氣體擊穿過程很快,將產(chǎn)生很陡的脈沖電流,放電脈沖上升時(shí)間和持續(xù)時(shí)間都極短僅為幾個(gè)納秒,該脈沖信號(hào)在GIS腔體中傳播時(shí)會(huì)引起電磁諧振,激發(fā)出頻率高達(dá)數(shù)吉赫茲的電磁波信號(hào)。特高頻局部放電檢測具有檢測靈敏度高、現(xiàn)場抗低頻干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn),適用于現(xiàn)場對(duì)GIS開展帶電檢測。
GIS發(fā)生局部放電時(shí)分子間劇烈碰撞并在宏觀上瞬間形成一種壓力,產(chǎn)生沖擊的振動(dòng)或聲波,以球面波的形式向外傳播,頻率在20~100kHz的聲波稱為超聲波。由于超聲波的波長較短、方向性較強(qiáng),所以它的能量也較為集中。超聲波局部放電帶電檢測就是通過放置在GIS殼體上的壓敏傳感器接收傳播到殼體上的超聲波信號(hào),再通過對(duì)聲信號(hào)的分析判斷來診斷GIS內(nèi)部是否發(fā)生了局部放電或異常振動(dòng)缺陷,并實(shí)現(xiàn)對(duì)放電或異常振動(dòng)缺陷進(jìn)行定位。
GIS內(nèi)部SF6氣體及絕緣材料在局部放電作用下會(huì)與少量的水分發(fā)生反應(yīng),生成一系列的分解產(chǎn)物。根據(jù)研究表明,當(dāng)GIS內(nèi)部放電類型、放電強(qiáng)度、電極材料及微水含量不同時(shí),分解產(chǎn)物的組分也會(huì)有所不同。近年來根據(jù)SF6分解產(chǎn)物判斷設(shè)備缺陷類型在電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用,取得了良好的效果。
采用帶電檢測技術(shù)能夠有效的發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備存在潛伏性缺陷,有效指導(dǎo)檢修決策及方案制定,提前檢修處理,避免設(shè)備故障的發(fā)生。采用缺陷定位技術(shù)能夠準(zhǔn)確的確定缺陷的部位,但在進(jìn)行缺陷定位時(shí)應(yīng)將定位結(jié)果與設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)相結(jié)合,進(jìn)行綜合分析。加強(qiáng)GIS設(shè)備工藝控制,嚴(yán)格把控設(shè)備入網(wǎng)質(zhì)量,從源頭上杜絕設(shè)備事故的發(fā)生。
[1]耿弼博.GIS金屬顆粒放電發(fā)展的試驗(yàn)研究[J].電網(wǎng)與清潔能源,2011,27(7):16-20.
[2]黎大建,梁基重,步科偉,等.GIS典型缺陷局部放電的超聲波檢測[J].高壓電器,2009,45(1):72-75.