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

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

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

1、前言

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。

2、GIS帶電檢測平臺(tái)

2.1 典型缺陷模擬

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。

2.2 平臺(tái)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)

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。

2.3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)

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。

3、GIS局部放電帶電檢測技術(shù)

3.1 特高頻檢測技術(shù)

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。

3.2 超聲波檢測技術(shù)

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。

3.3 SF6氣體成分分析

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。

4、結(jié)語

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.