董洪達(dá), 黃 濤, 馮世濤, 楊代勇, 張賽鵬, 矯立新, 葛志成, 陳冠遇

(1. 國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)春 130021；2. 國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)春供電公司，長(zhǎng)春 130021)

近年來(lái)，氣體絕緣封閉組合電器(GIS)設(shè)備以其結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行可靠性高、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。為維護(hù)設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行，GIS設(shè)備的缺陷檢測(cè)十分重要[1-3]。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法在局部放電類(lèi)缺陷檢測(cè)時(shí)，存在測(cè)量頻率低、頻帶窄、容易受外界干擾信號(hào)影響的缺點(diǎn)，難以發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行時(shí)內(nèi)部的潛伏性缺陷，且僅用在預(yù)防性試驗(yàn)與交接試驗(yàn)中，無(wú)法對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行有效檢測(cè)；而超聲波局部放電檢測(cè)具備抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、定位準(zhǔn)確、缺陷類(lèi)型識(shí)別清晰等特點(diǎn)[4-5]，更適于檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的內(nèi)部缺陷，消除設(shè)備隱患，評(píng)估設(shè)備狀態(tài)[6-9]。

在某500 kV變電站的帶電檢測(cè)過(guò)程中，超聲波局部放電檢測(cè)發(fā)現(xiàn)一起220 kV電壓互感器內(nèi)部缺陷。本文以此為例，根據(jù)超聲波信號(hào)傳輸特點(diǎn)，提出超聲波局部放電缺陷診斷流程，利用不同方法，對(duì)該缺陷的發(fā)現(xiàn)、定位、定性等方面逐步進(jìn)行分析；并結(jié)合該電壓互感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終確定缺陷位置與缺陷產(chǎn)生原因，提出相應(yīng)檢修策略。

1 電壓互感器設(shè)備超聲波局部放電測(cè)試

某500 kV變電站220 kV GIS設(shè)備，220 kV 5號(hào)乙母線(xiàn)電壓互感器JDQXH-220，2014年8月出廠(chǎng)，2015年4月26日投運(yùn)，在檢出超聲波局部放電異常信號(hào)之前，電壓互感器運(yùn)行正常。該電壓互感器本體包括盆式絕緣子、導(dǎo)電管、器身、罐體。其中，器身由高壓繞組、低壓繞組、鐵心、屏蔽層和夾件組成。

1.1 超聲波局部放電檢測(cè)過(guò)程

2016年10月13日，在某500 kV變電站帶電檢測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)220 kV 5號(hào)乙母線(xiàn)電壓互感器間隔B相電壓互感器氣室存在超聲波局部放電異常信號(hào)。

超聲波信號(hào)在SF6氣體中有明顯的衰減現(xiàn)象，衰減值為26 dB/m。在局部放電檢測(cè)時(shí)，若存在局部放電信號(hào)，不同測(cè)試點(diǎn)的測(cè)試值會(huì)有較大差異[10-12]，可以采用幅值比較法對(duì)局部放電源進(jìn)行初步定位；不同頻帶的超聲波信號(hào)在SF6氣體中也有不同程度的衰減情況，可以通過(guò)改變儀器的測(cè)試頻帶來(lái)判斷局部放電源是否位于設(shè)備內(nèi)部；經(jīng)過(guò)初步判斷后，采用精確定位方法布置測(cè)試傳感器，可以對(duì)缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位；然后比較三相同位置超聲波信號(hào)的圖譜特征，即可判斷缺陷類(lèi)型，最后結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)，確認(rèn)該局部放電缺陷的位置和產(chǎn)生原因。通過(guò)對(duì)上述檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行梳理，得到超聲波局部放電診斷流程(見(jiàn)圖1)。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)分析按照診斷流程依次開(kāi)展，為準(zhǔn)確判斷缺陷情況，選取不同型號(hào)儀器(M、N)同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。

圖1 超聲波局部放電檢測(cè)流程

1.2 幅值比較法測(cè)試

根據(jù)診斷流程，首先采用幅值比較法進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試時(shí)超聲波局部放電測(cè)試點(diǎn)間距保持在1 m以?xún)?nèi)，適當(dāng)密集。背景測(cè)試點(diǎn)選取附近金屬架構(gòu)，在該間隔B相電壓互感器氣室罐體上、中、下分別對(duì)稱(chēng)(即罐體正面、背面)選取測(cè)試點(diǎn)1～6，對(duì)異常信號(hào)較強(qiáng)的罐體底部著重測(cè)試，分別在底部圓心測(cè)試點(diǎn)7、圓周上均勻分布選取測(cè)試點(diǎn)8～12。

通過(guò)對(duì)不同測(cè)試點(diǎn)幅值圖譜的比較，找到超聲波局部放電異常信號(hào)最大值點(diǎn)B12，并對(duì)A、C兩相同位置進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試點(diǎn)幅值數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

由表1可知，在對(duì)B相電壓互感器氣室進(jìn)行超聲波局部放電測(cè)試中，測(cè)試點(diǎn)B12異常信號(hào)最強(qiáng)，而A、C兩相的相同位置無(wú)異常信號(hào)，說(shuō)明該局部放電信號(hào)源僅存在于B相氣室。

表1 超聲波局部放電測(cè)試點(diǎn)幅值數(shù)據(jù) mV

隨后通過(guò)改變檢測(cè)頻帶方式判斷局部放電信號(hào)源位于殼體還是內(nèi)部，將儀器N的測(cè)量頻率從100 kHz減小到50 kHz，B12處異常信號(hào)水平無(wú)明顯變化，說(shuō)明局部放電信號(hào)源不在該氣室殼體上，應(yīng)為內(nèi)部缺陷。

1.3 平面分位法測(cè)試

為找出局部放電信號(hào)源的具體位置，在幅值比較法的基礎(chǔ)上，采用平面分位法進(jìn)行精確定位。平面分位法原理見(jiàn)圖2，當(dāng)局部放電源發(fā)射局部放電脈沖時(shí)，該脈沖向空間各個(gè)方向傳播，由于超聲波信號(hào)在SF6氣體中衰減明顯，信號(hào)在平面X上傳播時(shí)，D1、D22點(diǎn)與局部放電源距離相等，2點(diǎn)檢測(cè)到的超聲波信號(hào)在幅值和時(shí)延上應(yīng)當(dāng)一致[13-15]。由此可見(jiàn)，利用D1、D22點(diǎn)超聲波信號(hào)一致的特點(diǎn)，即可得出局部放電源應(yīng)在D1、D2連線(xiàn)的垂直平分面上，以此類(lèi)推，當(dāng)分別在三個(gè)平面上檢測(cè)局部放電信號(hào)時(shí)，就可以找出信號(hào)源的位置。

圖2 平面分位法原理圖

在采用幅值比較法時(shí)，已檢測(cè)到B相電壓互感器氣室罐體底部B12處異常信號(hào)最強(qiáng)，在此處建立直角坐標(biāo)系，用平面分位法進(jìn)行精確定位，測(cè)試點(diǎn)分布見(jiàn)圖3。

圖3 平面分位法測(cè)點(diǎn)分布

在平面xoy上，選取測(cè)試點(diǎn)，使得兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)處的超聲波信號(hào)在幅值和時(shí)延上一致，得到兩點(diǎn)J1、J2，則局部放電源應(yīng)在J1J2的垂直平分面a上。在平面xoy與a的交線(xiàn)上，按照同樣方式找到信號(hào)一致的兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)K1、K2，得到K1K2的垂直平分面b，則局部放電源應(yīng)在平面a與b的交線(xiàn)l1上。由于交線(xiàn)l1位于B相電壓互感器氣室罐體的內(nèi)部，在該氣室罐體表面選取交線(xiàn)l1的平行線(xiàn)l2，在平行線(xiàn)l2上找到對(duì)應(yīng)的兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)S1、S2，得到S1S2的垂直平分面c，則局部放電源應(yīng)在平面c與交線(xiàn)l1的交點(diǎn)S上，采用平面分位法得到局部放電源位于交點(diǎn)S處。

測(cè)試點(diǎn)對(duì)應(yīng)超聲波信號(hào)波形見(jiàn)圖4，由于每次選取的兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)與局部放電源的距離近似相等(通過(guò)不斷調(diào)整兩測(cè)試點(diǎn)的位置，同時(shí)觀(guān)察比較信號(hào)波形基本一致來(lái)得到)，所以圖4中每一對(duì)測(cè)點(diǎn)的幅值和時(shí)延均基本保持一致，但由于在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)程中，傳感器尺寸較大，且大于兩測(cè)試點(diǎn)到局部放電源的距離之差，因此局部放電信號(hào)在兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)處的幅值和時(shí)延上仍有一定偏差。

圖4 測(cè)試點(diǎn)超聲波信號(hào)波形

2 缺陷特征與原因分析

由上述2種定位結(jié)果可知，該超聲波局部放電信號(hào)源位于B相電壓互感器氣室內(nèi)部點(diǎn)S處，屬于內(nèi)部缺陷。根據(jù)幅值比較法的檢測(cè)結(jié)果，測(cè)試點(diǎn)B12處的有效值和周期峰值最大，分別超出背景值10.51 mV、43.87 mV。B12處的頻率成分均為100 Hz，且已達(dá)到3.7 mV；時(shí)域波形中一個(gè)工頻周期內(nèi)出現(xiàn)兩簇脈沖信號(hào)，且信號(hào)強(qiáng)度一致；相位圖譜信號(hào)均勻分布，呈豎條形?？梢?jiàn)，該超聲波局部放電異常信號(hào)圖譜符合振動(dòng)特征。

對(duì)于電壓互感器而言，磁致伸縮效應(yīng)也可能出現(xiàn)具有振動(dòng)特征的圖譜，但通常在三相同時(shí)存在，且幅值數(shù)據(jù)僅在幾毫伏級(jí)別。而對(duì)于被測(cè)電壓互感器，由表1可知，A、C相幅值數(shù)據(jù)與背景值幾乎一致，僅B相幅值明顯升高，且有效值、周期峰值均較大，說(shuō)明該異常信號(hào)并不是由磁致伸縮效應(yīng)導(dǎo)致的，而屬于機(jī)械振動(dòng)。

隨后對(duì)該電壓互感器B相氣室進(jìn)行特高頻局部放電和SF6分解物檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均未見(jiàn)異常，說(shuō)明該氣室的機(jī)械振動(dòng)并未引起局部放電。

根據(jù)上述定位結(jié)果，該超聲局部放電信號(hào)源應(yīng)位于電壓互感器B相氣室內(nèi)部，距離該氣室罐體底部法蘭外沿約5 cm，底部法蘭平面約10 cm處，此處為鐵心與夾件連接處，由此可知，該超聲波局部放電信號(hào)應(yīng)為夾件連接處松動(dòng)，在電動(dòng)力的作用下發(fā)生機(jī)械振動(dòng)導(dǎo)致的。

該超聲波局部放電信號(hào)源并未引起局部放電，未對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，但若缺陷持續(xù)發(fā)展，可能會(huì)引起懸浮放電等情況，應(yīng)對(duì)該氣室進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，結(jié)合停電機(jī)會(huì)進(jìn)行解體檢修，并驗(yàn)證超聲波局部放電缺陷的分析結(jié)果。

3 結(jié)論

本文針對(duì)某500 kV變電站一起220 kV電壓互感器局部放電缺陷，提出了超聲波局部放電診斷流程，進(jìn)行了檢測(cè)與診斷工作，得出如下結(jié)論。

a.采用2種超聲波局部放電檢測(cè)方法將局部放電信號(hào)源定位到了該電壓互感器B相氣室內(nèi)部，距離該氣室罐體底部法蘭外沿約5 cm，底部法蘭平面約10 cm處。

b.該缺陷原因?yàn)殡妷夯ジ衅鰾相氣室內(nèi)部鐵心與夾件連接處存在松動(dòng)，在電動(dòng)力的作用下發(fā)生機(jī)械振動(dòng)。

通過(guò)對(duì)該案例的診斷與分析，驗(yàn)證了超聲波局部放電診斷流程和定位分析方法的準(zhǔn)確性，在以后的檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)采用文中檢測(cè)流程和定位方法進(jìn)行綜合分析，以保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。