施景壘， 宋云翔， 楊景剛， 王 晨， 肖 雷

(1. 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 211103；2. 國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106)

一起252 kV 組合電器局放異常信號(hào)分析處理

施景壘1， 宋云翔2， 楊景剛1， 王 晨1， 肖 雷1

(1. 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 211103；2. 國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106)

特高頻檢測(cè)技術(shù)作為一種有效的局部放電檢測(cè)技術(shù)，目前已在組合電器(GIS)檢測(cè)中廣泛應(yīng)用。在帶電檢測(cè)過(guò)程中檢測(cè)到一處252 kV GIS盆式絕緣子有特高頻異常信號(hào)。對(duì)盆式絕緣子進(jìn)行X光探傷檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在數(shù)厘米長(zhǎng)度氣孔，該結(jié)果與特高頻法檢測(cè)及定位結(jié)論相一致。對(duì)該盆式絕緣子進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)及脈沖電流法局部放電試驗(yàn)，卻均滿(mǎn)足出廠試驗(yàn)的要求，說(shuō)明廠內(nèi)傳統(tǒng)的檢測(cè)方法有其一定的局限性。針對(duì)這個(gè)情況，提出了增設(shè)盆式絕緣子出廠前特高頻局部放電檢測(cè)等建議，從而進(jìn)一步提高盆式絕緣子的出廠質(zhì)量。

組合電器；帶電檢測(cè)；特高頻；解體；缺陷分析

0 引言

組合電器(GIS)由于具有占地面積小、運(yùn)行可靠性高、檢修周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[1]，在電力系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。作為電力系統(tǒng)中重要的運(yùn)行設(shè)備，GIS一旦發(fā)生故障，將會(huì)影響電力系統(tǒng)的正常供電，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。文中介紹了一起252 kV GIS設(shè)備局部放電異常案例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)解體和后續(xù)試驗(yàn)，分析了異常產(chǎn)生原因，提出了改進(jìn)措施和建議，以提高GIS的運(yùn)行可靠性。

1 GIS局部放電特征

設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，將產(chǎn)生很陡的脈沖電流，從而激發(fā)頻率高達(dá)數(shù)吉赫茲的電磁波；放電時(shí)伴隨有爆裂狀的聲發(fā)射并產(chǎn)生超聲波，這兩種信號(hào)沿著介質(zhì)向四周空間快速傳播。因此常用超聲波檢測(cè)法和特高頻檢測(cè)法檢測(cè)GIS內(nèi)部放電情況。

GIS內(nèi)部的常見(jiàn)缺陷有尖端放電、懸浮放電、自由顆粒放電、絕緣內(nèi)部放電、沿面放電等。不同類(lèi)型缺陷具有不一樣的放電特征[2-4]。導(dǎo)體尖端放電缺陷，在缺陷放電早期，工頻負(fù)半周呈現(xiàn)單峰特征，隨著放電程度的加劇，在工頻正半周會(huì)逐漸出現(xiàn)幅值較大的放電脈沖，呈現(xiàn)為雙峰特征；懸浮放電缺陷，放電幅值較大，單周期內(nèi)放電次數(shù)較少，放電譜圖具有較明顯的對(duì)稱(chēng)性；自由顆粒缺陷，放電隨機(jī)性較強(qiáng)，峰值較大，有效值較低，沒(méi)有相位特征；絕緣內(nèi)部放電，放電相位具有對(duì)稱(chēng)性，但正負(fù)半周的放電幅值和放電次數(shù)不一；沿面放電，在正負(fù)半周放電相對(duì)稱(chēng)，放電幅值不一，缺陷發(fā)展較快。

特高頻檢測(cè)與超聲波檢測(cè)這兩種局部放電檢測(cè)方法對(duì)GIS內(nèi)不同缺陷的檢測(cè)靈敏度[5-10]如表1所示。

表1 超聲波和特高頻檢測(cè)靈敏度

2 缺陷發(fā)現(xiàn)與跟蹤檢測(cè)

2.1 缺陷的發(fā)現(xiàn)

2015年8月，對(duì)某500 kV變電站帶電檢測(cè)，檢測(cè)到其252 kV GIS Ⅷ段母線(xiàn)7號(hào)氣室有特高頻異常信號(hào)，而超聲波檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)異常，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 異常間隔示意圖Fig. 1 Schematic diagram of abnormal intervals

其中，紅色為氣隔型盆式絕緣子，藍(lán)色為通氣型盆式絕緣子，所有盆式絕緣子均為環(huán)氧澆注，無(wú)金屬鎧裝屏蔽。

現(xiàn)場(chǎng)采用特高頻檢測(cè)發(fā)現(xiàn)圖1中1號(hào)至3號(hào)通盆處均存在異常信號(hào)，圖譜呈單峰特征(如圖2所示)，且信號(hào)持續(xù)存在。

圖2 特高頻異常信號(hào)及定位譜圖Fig. 2 Abnormal signal and location of UHF

經(jīng)特高頻時(shí)延法[11-15]定位，黃、綠、紅3個(gè)通道分別為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)盆子處特高頻信號(hào)。如圖2(c)所示，2號(hào)通氣盆子處信號(hào)分別超前1號(hào)、3號(hào)盆子處信號(hào)約10 ns，與盆子間距3 m相當(dāng)(特高頻接收的電磁波信號(hào)，其傳播速度與光速3×108m/s相當(dāng))，表明信號(hào)源來(lái)自2號(hào)盆子附近。此GIS母線(xiàn)為三相共體結(jié)構(gòu)，母線(xiàn)通過(guò)固定于盆式絕緣子處的觸頭相連接，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。

從檢測(cè)圖譜分析，特高頻信號(hào)在負(fù)半周密集出現(xiàn)，正半周只有零星信號(hào)，表明缺陷可能為尖端放電或絕緣缺陷早期；而超聲波檢測(cè)無(wú)異常，根據(jù)表1中超聲波和特高頻檢測(cè)局部放電靈敏度比較可知，該GIS內(nèi)部缺陷為絕緣內(nèi)部放電的可能性較大。

結(jié)合定位結(jié)果及GIS結(jié)構(gòu)分析，初步懷疑為2號(hào)盆式絕緣子內(nèi)部絕緣缺陷。

2.2 缺陷的跟蹤檢測(cè)

隨后數(shù)月內(nèi)陸續(xù)進(jìn)行了4次跟蹤檢測(cè)，檢測(cè)圖譜特征未發(fā)生明顯變化，特高頻信號(hào)幅值相對(duì)穩(wěn)定，且始終未檢測(cè)到超聲波信號(hào)和異常SF6氣體分解產(chǎn)物。2016年4月，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)特高頻信號(hào)特征發(fā)生明顯變化，如圖3所示。

圖3 2號(hào)盆子處特高頻復(fù)測(cè)信號(hào)Fig. 3 No. 2 basin at the UHF signal measurement

該異常信號(hào)由單峰變?yōu)殡p峰，放電幅值有所增長(zhǎng)，且放電重復(fù)率明顯增強(qiáng)。期間數(shù)次測(cè)試均未檢測(cè)到超聲波異常信號(hào)和異常SF6氣體分解產(chǎn)物。

3 解體及試驗(yàn)檢測(cè)

考慮到信號(hào)特征變化明顯，為了避免擊穿故障，決定對(duì)異常盆式絕緣子進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)更換處理。

3.1 GIS現(xiàn)場(chǎng)解體的注意事項(xiàng)

(1) 該設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)，停電解體時(shí)除了故障間隔應(yīng)氣體回收并抽真空，相鄰氣室也應(yīng)進(jìn)行降半壓處理。

(2) 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境控制，環(huán)境濕度應(yīng)小于80 %，設(shè)備打開(kāi)處應(yīng)用無(wú)塵密封袋進(jìn)行防護(hù)[16，17]。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)檢查

對(duì)異常氣室現(xiàn)場(chǎng)解體檢查，發(fā)現(xiàn)該氣室內(nèi)存在微量類(lèi)似于粉塵的異物，且2號(hào)盆式絕緣子的觸頭座內(nèi)存在少量金屬粉末，觸頭座內(nèi)側(cè)亦有磨損痕跡，觸頭及觸頭座接觸處有黑點(diǎn)。

3.3 返廠檢測(cè)

為全面分析缺陷原因，將換下的盆式絕緣子返廠進(jìn)行試驗(yàn)。表面清潔處理后使用X光檢測(cè)，其圖譜如圖4所示，盆式絕緣子澆注封口處的螺栓孔附近均壓環(huán)以?xún)?nèi)有一條長(zhǎng)約50 mm、直徑約2 mm的條狀低密度材料，可能為條狀氣孔或內(nèi)部裂紋。

隨后對(duì)該盆子進(jìn)行460 kV工頻耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間為1 min，結(jié)果為耐壓試驗(yàn)通過(guò)；電壓降至277 kV進(jìn)行脈沖電流法局放檢測(cè)，結(jié)果為0.9～1 pC，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)277 kV時(shí)小于3 pC的要求。然而對(duì)該盆子進(jìn)行特高頻局放檢測(cè)，異常信號(hào)依然存在。

圖4 X光探傷圖譜Fig. 4 X-ray inspection

查閱了缺陷盆式絕緣子結(jié)構(gòu)圖后，在廠區(qū)內(nèi)測(cè)量了該缺陷盆式絕緣子及正常盆式絕緣子的關(guān)鍵尺寸，測(cè)量結(jié)果顯示所有關(guān)鍵尺寸均在公差范圍內(nèi)，無(wú)異常參數(shù)。

4 缺陷分析與建議措施

4.1 缺陷原因分析

基于上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)和解體情況等，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常原因分析如下：

(1) 觸頭座內(nèi)金屬粉末為重力和電動(dòng)力的作用下摩擦產(chǎn)生，原因是導(dǎo)體安裝時(shí)軸心不對(duì)齊或觸頭外表面與觸頭座內(nèi)表面不是完全貼合，受力不均。

(2) 接觸部位表面黑點(diǎn)的產(chǎn)生是由于觸頭及觸頭座非全面積接觸，帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)電流從較小的接觸面通過(guò)，接觸部位溫度過(guò)高，表面鍍層材料與GIS內(nèi)SF6放電分解產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

(3) 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的特高頻信號(hào)由盆子螺栓孔附近氣孔引起，該類(lèi)缺陷早期發(fā)展較緩慢，發(fā)展中會(huì)呈加速趨勢(shì)直至閃絡(luò)，此次處理有效避免了故障的發(fā)生。

4.2 建議措施

GIS設(shè)備作為電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其安全穩(wěn)定運(yùn)行十分重要。結(jié)合文中的缺陷分析，對(duì)GIS設(shè)備生產(chǎn)和安裝過(guò)程提出以下幾點(diǎn)建議：

(1) 加強(qiáng)廠內(nèi)工藝管控。X光顯示缺陷盆式絕緣子內(nèi)部有氣孔，氣孔會(huì)導(dǎo)致盆子內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)不均，繼而形成貫穿性閃絡(luò)。該氣孔可能為運(yùn)行中產(chǎn)生，也可能為出廠時(shí)本身存在，因此應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)出廠試驗(yàn)，杜絕出廠自帶缺陷。

(2) 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安裝精度要求。嚴(yán)格按照安裝作業(yè)指導(dǎo)書(shū)要求，安裝時(shí)要防止灰塵、雜質(zhì)和潮氣進(jìn)入GIS本體內(nèi)；內(nèi)部安裝、清理時(shí)要戴上塑料手套；盆子觸頭連接處應(yīng)保證軸心對(duì)稱(chēng)、全面接觸、受力均勻。

(3) 建議增加盆式絕緣子出廠前的特高頻局放檢測(cè)項(xiàng)目。鑒于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)盆子處特高頻異常，X光顯示確有缺陷，但是該缺陷盆式絕緣子在進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)滿(mǎn)足出廠要求，局放脈沖電流法檢測(cè)滿(mǎn)足小于3 pC的出廠試驗(yàn)要求。由此可知，局放特高頻法較局放脈沖電流法在檢測(cè)絕緣內(nèi)部缺陷方面靈敏度要更高，建議生產(chǎn)廠家在盆式絕緣子出廠前，增設(shè)特高頻局放檢測(cè)項(xiàng)目。

5 結(jié)語(yǔ)

文中通過(guò)一起GIS局部放電缺陷的發(fā)現(xiàn)與原因分析，說(shuō)明常規(guī)的出廠檢驗(yàn)手段并不能保證絕緣設(shè)備的完全合格。特高頻檢測(cè)作為一種成熟的技術(shù)，對(duì)絕緣類(lèi)缺陷敏感度非常高，增設(shè)為絕緣設(shè)備出廠前的必需試驗(yàn)，有相當(dāng)大的合理性和一定的實(shí)際需求。特高頻法局放檢測(cè)可以和脈沖電流法局放檢測(cè)互補(bǔ)，更好地把控絕緣類(lèi)設(shè)備的出廠質(zhì)量。

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施景壘

施景壘(1986—)，男，江蘇鹽城人，助理工程師，從事開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備狀態(tài)評(píng)估及帶電檢測(cè)故障分析工作(E-mail:13770982780@163.com)；

宋云翔(1966—)，男，貴州劍河人，高級(jí)工程師，從事主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)及管理工作；

楊景剛(1984—)，男，陜西咸陽(yáng)人，高級(jí)工程師，從事變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)及全過(guò)程技術(shù)監(jiān)督工作；

王 晨(1990—)男，江蘇鹽城人，助理工程師，從事開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備狀態(tài)評(píng)估及帶電檢測(cè)故障分析工作；

肖 雷(1987—)，男，江蘇淮安人，工程師，從事變電站啟動(dòng)調(diào)試及帶電檢測(cè)故障分析工作。

(編輯方 晶)

AnalysisandTreatmentofPartialDischargeAbnormalSignalin252kVGISEquipment

SHI Jinglei1，SONG Yunxiang2，YANG Jinggang1，WANG Chen1，XIAO Lei1

(1. State Grid Jiangsu Electric Power Company Research Institute, Nanjing 211103, China;2. NARI Technology Development Limited Company, Nanjing 211106, China)

As an effective partial discharge detection technology, UHF detection technology has been widely used in GIS detection. In the live detection process,the UHF abnormal signal is detected on a 252 kV GIS basin-type insulator. An X-ray detection was performed to the basin-type insulator, and several centimeters long pores are found inside. The results are consistent with the detection and positing of UHF method.However, the power frequency withstand voltage test and partial discharge test by pulsed current method to the basin-type insulator can meet the requirement of the factory test，indicating that the traditional detection method has its own limitations.In view of this situation, some suggestions are put forward, such as the extra high frequency partial discharge detection of basin-type insulators before leaving the factory, so as to improve the outgoing quality of the basin-type insulators.

GIS; live detection; UHF; disintegration; defect analysis

TM835

B

2096-3203(2017)06-0127-05

2017-06-21；

2017-07-30

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司科技項(xiàng)目(5210EC14006Z)