李 杰，王 輝，鄭 建，王 斌，任敬國

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250003）

0 引言

特高壓1 100 kV SF6氣體絕緣金屬封閉組合電器設(shè)備（GIS）各獨立單元在設(shè)備制造廠內(nèi)完成出廠試驗后，運輸?shù)教馗邏鹤冸娬粳F(xiàn)場，在變電站內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場組裝。在GIS單元運輸、安裝過程中，不可避免會在GIS設(shè)備內(nèi)部留下缺陷，如清理擦拭不徹底引起異物存在、裝配不到位等，一旦投入運行，極易導(dǎo)致GIS設(shè)備絕緣擊穿［1-3］。投運前進(jìn)行現(xiàn)場交流耐壓試驗，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備由于工藝、運輸、安裝產(chǎn)生的設(shè)備缺陷［4-11］。

由于特高壓GIS設(shè)備體積大，現(xiàn)場交接試驗時試驗段長達(dá)百米以上，一旦試驗過程中設(shè)備發(fā)生擊穿，很難依靠傳統(tǒng)的分析方式來確定放電位置。對試驗段GIS設(shè)備氣室進(jìn)行大面積解體檢查，雖然能夠準(zhǔn)確找出放電位置，但大面積解體檢查，不僅工作量大、影響施工進(jìn)度，而且還會因為二次拆裝引起設(shè)備內(nèi)部存在質(zhì)量安全隱患。因此在特高壓1 100 kV GIS設(shè)備現(xiàn)場耐壓局部放電試驗中，采用擊穿定位技術(shù)進(jìn)行故障氣室的快速準(zhǔn)確判斷十分必要。

提出以超聲波為主、特高頻為輔的聯(lián)合局部放電定位技術(shù)，并應(yīng)用于特高壓站GIS設(shè)備交接試驗過程中。該方法成功地確定了試驗過程中擊穿放電的氣室，縮短了現(xiàn)場對故障氣室進(jìn)行確認(rèn)檢修的時間，避免為進(jìn)行擊穿定位而采用二次加壓對GIS設(shè)備造成的損壞，保證了現(xiàn)場施工工期，為特高壓GIS定位方法的選擇提供了依據(jù)。

1 擊穿定位技術(shù)原理

1.1 特高頻擊穿定位技術(shù)

GIS設(shè)備中的局部放電能夠產(chǎn)生具有陡上升沿的電磁波信號，其頻率最高可達(dá)1 GHz以上，局部放電產(chǎn)生的電磁波信號在GIS設(shè)備內(nèi)傳播，經(jīng)由盆式絕緣子等非連續(xù)部位向外輻射。該信號可由特高頻傳感器探頭，在GIS設(shè)備非金屬屏蔽位置檢測到。通過高速采集卡及高速示波器對采集到的多路特高頻信號進(jìn)行對比分析，根據(jù)電磁波在GIS設(shè)備傳播中到達(dá)不同傳感器的時間差，計算得到GIS設(shè)備內(nèi)局部放電源位置。

利用多路特高頻局部放電信號進(jìn)行時差定位的方法靈敏度較高，并且可通過放電波形特征進(jìn)行故障類型的判別，能夠用于設(shè)備在線監(jiān)測。但是，特高頻時差定位法進(jìn)行定位對檢測人員檢測水平要求較高，對檢測設(shè)備要求較高，對整個耐壓范圍進(jìn)行全覆蓋檢測的成本昂貴。因此，在GIS耐壓試驗擊穿定位技術(shù)中，特高頻時差定位法常作為超聲波擊穿定位的一種輔助手段，提高現(xiàn)場定位的準(zhǔn)確性。

1.2 超聲波擊穿定位技術(shù)

GIS設(shè)備內(nèi)部存在局部放電時，在產(chǎn)生電磁波信號的同時，會引起SF6氣體體積的變化，產(chǎn)生超聲波信號，通過超聲波傳感器檢測GIS內(nèi)部超聲信號，可以間接得到GIS設(shè)備內(nèi)部局部放電信息。超聲波傳感器檢測信號為非電磁波信號，可以有效避免變電站內(nèi)的電磁干擾信號，因此抗干擾能力強(qiáng)，定位準(zhǔn)確度高。

在進(jìn)行超聲波擊穿定位應(yīng)用時，將超聲波傳感器按照特定排列方式布置在GIS殼體表面，保證每個絕緣盆子兩側(cè)、每個獨立氣室都能檢測到。當(dāng)發(fā)生放電擊穿時，靠近放電點位置的超聲波傳感器會檢測到超聲信號，通過對GIS筒體表面超聲波傳感器探頭的觸發(fā)時間和觸發(fā)峰值進(jìn)行檢測和分析，確定擊穿故障點的位置。

超聲波擊穿定位系統(tǒng)利用多個超聲波傳感器進(jìn)行信號采集工作，每個傳感器單元通過超聲波探頭檢測GIS殼體表面超聲信號，并對信號進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號存儲于傳感器內(nèi)部存儲單元，同時采用無線傳輸技術(shù)將數(shù)字信號實時傳輸?shù)礁浇慕K端計算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，以便于利用計算機(jī)終端對多個傳感器信號實時檢測，以實現(xiàn)對GIS設(shè)備內(nèi)部局部放電信號的在線監(jiān)測。

表1所示為一種GIS設(shè)備放電擊穿定位系統(tǒng)的參數(shù)信息。具備多檢測單元對時功能，傳感器與監(jiān)測單元一體化，目前所用的擊穿定位裝置均具備擴(kuò)展無線節(jié)點的功能，可以根據(jù)GIS設(shè)備的實際加壓范圍擴(kuò)展無線節(jié)點的數(shù)量。無線節(jié)點之間可以互為中繼，擴(kuò)大數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆秶?，而且自帶就地存儲和顯示功能，可以備份并校驗終端計算機(jī)得到的判斷結(jié)論。

表1 GIS設(shè)備擊穿定位裝置參數(shù)

2 現(xiàn)場應(yīng)用

在某1 000 kV特高壓站進(jìn)行1 100 kV GIS設(shè)備耐壓局部放電試驗，采用GIS擊穿定位技術(shù)。此特高壓站1 100 kV GIS設(shè)備為3／2接線方式，主變加線路出線共8條出線、14個間隔，根據(jù)計算將工頻耐壓試驗分為4個階段進(jìn)行。擊穿現(xiàn)象發(fā)生在第1階段耐壓過程中。第1次耐壓試驗從1號主變進(jìn)線套管處加壓，如圖1所示，圖中紅色標(biāo)記區(qū)域為第1次耐壓試驗加壓位置。試驗加壓程序為：升壓至635 kV，持續(xù)10 min；然后升壓至762 kV，持續(xù)20 min；然后升壓至1 100 kV，持續(xù)1 min。1 100 kV 1 min耐壓試驗通過后，將電壓降到762 kV，保持30 min后進(jìn)行被測設(shè)備特高頻、超聲局部放電檢測工作。

圖1 耐壓試驗范圍

加壓開始之前在GIS設(shè)備殼體上布置超聲波傳感器探頭和特高頻傳感器探頭，其布點如圖2所示。圖中紅色標(biāo)記為超聲波傳感器布點位置，綠色標(biāo)記為特高頻傳感器布點位置。對B相進(jìn)行加壓時，老練試驗635 kV／10 min和762 kV／20 min完成后，繼續(xù)進(jìn)行升壓到1 100 kV。在升壓過程中，當(dāng)加壓至1 036 kV時，GIS內(nèi)部傳出巨大的聲響，初步判斷GIS內(nèi)部發(fā)生擊穿放電。設(shè)備擊穿后，后臺終端控制計算機(jī)顯示超聲波傳感器單元30號、2號、3號均超過報警值，發(fā)出報警信號，30號傳感器幅值最大，如圖3所示。

圖2 傳感器探頭布置位置

表2 擊穿時傳感器觸發(fā)峰值排序 dB

圖3 擊穿時傳感器幅值

表3 擊穿時傳感器觸發(fā)時間排序 ms

圖4 母線導(dǎo)體上的放電痕跡

根據(jù)超聲幅值信號判斷可能存在的擊穿位置有兩處，在終端控制計算機(jī)調(diào)出傳感器觸發(fā)信息，結(jié)合超聲波傳感器觸發(fā)時間，可以看出2號超聲波傳感器最先觸發(fā)，但30號探頭幅值最大，如表2、表3所示。通過超聲波信號無法確認(rèn)是30號探頭所在氣室還是2、3號探頭所在氣室發(fā)生擊穿故障。在觀察特高頻傳感器探頭信號時，發(fā)現(xiàn)特高頻傳感器探頭2-1和2-2檢測到信號，與超聲波30號探頭所在氣室位置相近，因此綜合超聲和特高頻信號判斷擊穿放電位置位于圖2中紅色圓圈標(biāo)記處。而2、3號傳感器檢測到信號可能為放電擊穿后產(chǎn)生的過電壓反擊造成傳感器捕捉到信號。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，根據(jù)擊穿定位系統(tǒng)所判斷故障位置為一段母線氣室，放電發(fā)生后，對故障段母線進(jìn)行解體處理。現(xiàn)場解體過程中，在導(dǎo)體上發(fā)現(xiàn)一處明顯放電痕跡，如圖4所示，其所在位置與擊穿定位系統(tǒng)確定的故障點一致。

3 結(jié)語

特高壓1 100 kV GIS設(shè)備特殊交接試驗可以在其投運前及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在的潛在缺陷，擊穿放電定位技術(shù)為試驗過程中快速確定放電氣室提供技術(shù)保障，超聲波為主、特高頻為輔的聯(lián)合擊穿定位技術(shù)更適用于特高壓GIS設(shè)備現(xiàn)場耐壓試驗的擊穿定位。在某特高壓變電站1 100 kV GIS設(shè)備現(xiàn)場耐壓試驗過程中，采用該方法成功地確定了試驗過程中擊穿放電的氣室，縮短現(xiàn)場對故障氣室進(jìn)行確認(rèn)檢修的時間，相對于二次加壓法進(jìn)行擊穿定位，該方法可有效避免對GIS設(shè)備造成損壞，保證了現(xiàn)場施工工期，為后續(xù)特高壓GIS定位方法的選擇提供了依據(jù)。