黎慧明 張志磊

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GIS局部放電測(cè)試案例分析

黎慧明 張志磊

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司紅河供電局，云南 蒙自 661100）

本文結(jié)合一起案例介紹GIS局部放電特高頻和超聲波的檢測(cè)方法，并對(duì)保證GIS設(shè)備的運(yùn)安全運(yùn)行提出建議。

GIS局部放電；特高頻；超聲波

GIS設(shè)備一直以來都以結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)而在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為GIS是免維護(hù)設(shè)備，但是近幾年國內(nèi)外均出現(xiàn)多起GIS設(shè)備故障，由于其特殊的結(jié)構(gòu)，造成長時(shí)間、大范圍的停電。據(jù)國際大電網(wǎng)會(huì)議統(tǒng)計(jì)GIS設(shè)備60%的故障由內(nèi)部局部放電引起，因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行局部放電檢測(cè)。目前GIS局部放電帶電檢測(cè)常用的手段主要是特高頻法和超聲波法并且一般是兩者結(jié)合使用，可有效實(shí)現(xiàn)GIS內(nèi)部的局部放電的類型定性及故障定位。

1 特高頻和超聲波局部放電檢測(cè)概述

當(dāng)設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)，將產(chǎn)生很陡的脈沖電流，在空間感應(yīng)出頻率在300MHz到3000MHz的特高頻電磁波，而且由于放電過程中能量的突然釋放，會(huì)使附近的氣體和外殼造成沖擊的震動(dòng)，發(fā)出超聲波信號(hào)，因此通過檢測(cè)GIS設(shè)備內(nèi)部的特高頻電磁波和超聲波信號(hào)，并進(jìn)行比對(duì)分析便可確定是否存在局部放電現(xiàn)象。

2 案例分析

2017年5月12日在對(duì)某110kV變電站進(jìn)行GIS設(shè)備局部放電巡檢時(shí)，發(fā)現(xiàn)110kV母線分段間隔1121隔離開關(guān)下方的母線氣室檢測(cè)到放電信號(hào)，設(shè)備外觀和氣隔圖如圖1所示，圖中圓圈標(biāo)識(shí)部位即1121隔離開關(guān)母線氣室。經(jīng)對(duì)特高頻和超聲波信號(hào)分析，并采用時(shí)差法定位分析，判斷放電的類型是GIS內(nèi)部存在較大的懸浮放電，放電位置處于母線1121隔離開關(guān)氣室內(nèi)。

圖1 110kV母線分段間隔氣室圖

2.1 超聲波測(cè)試

對(duì)1121隔離開關(guān)氣室下方的110kV Ⅰ段母線氣室進(jìn)行超聲波測(cè)試，所測(cè)得的超聲波譜圖檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。

（a）連續(xù)測(cè)量方式

（b）相位測(cè)量方式

圖2 超聲波譜圖檢測(cè)結(jié)果

從圖2中可以看出：連續(xù)測(cè)量方式中，有效值為17.5mV，峰值為41.7mV，峰值因數(shù)（峰值與有效值之比）為2.6，有效值和峰值均較大且均較為穩(wěn)定，具有明顯的50Hz相關(guān)性和100Hz相關(guān)性，且100Hz相關(guān)性大于50Hz相關(guān)性；相位測(cè)量方式中，具有明顯的相位相關(guān)性，在一個(gè)工頻周期內(nèi)有兩簇較為集中的放電集聚點(diǎn)，與典型的懸浮放電譜圖相吻合。從超聲波譜圖檢測(cè)的結(jié)果來看，1121隔離開關(guān)氣室下方的110kV Ⅰ段母線氣室內(nèi)可能存在懸浮電位體放電，并且放電量較大。造成這種現(xiàn)象的原因可能是由于在高電壓的作用下某處因松動(dòng)、開路等原因產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào)。

2.2 特高頻檢測(cè)

使用特高頻傳感器、特高頻放大器和示波器，在1121隔離開關(guān)氣室下方的110kV Ⅰ段母線氣室各盆式絕緣子開孔處均能夠接收到明顯的特高頻信號(hào)。并且在1121隔離開關(guān)氣室下方的110kV Ⅰ段母線氣室附近的信號(hào)幅值最大，其特高頻譜圖檢測(cè)結(jié)果如圖3所示。

（a）單周期檢測(cè)方式

（b）PRPD檢測(cè)方式

圖3 特高頻譜圖檢測(cè)結(jié)果

從圖3中可以看出：①單周期檢測(cè)方式中，信號(hào)幅值較大，形成兩簇集中的較高幅值的放電脈沖，局部放電類型為懸浮放電或者可能是絕緣子內(nèi)的氣隙放電；②PRPD檢測(cè)方式中，最大幅值和最大放電率均較大，且集中分布在工頻周期90°和270°附近，具有明顯的相位相關(guān)性。且局部放電信號(hào)在1121隔離開關(guān)A相氣室下方的110kV氣室內(nèi)的局部放電信號(hào)最大，當(dāng)將特高頻傳感器移至開關(guān)室其余位置時(shí)，特高頻信號(hào)有極大的衰減，因此可以判斷特高頻信號(hào)來自于氣室內(nèi)部，同時(shí)結(jié)合譜圖可以判斷局部放電類型為懸浮放電或者絕緣子內(nèi)部的氣隙放電。

綜合分析超聲波和特高頻檢測(cè)結(jié)果可知，1121隔離開關(guān)110kV Ⅰ段母線氣室均測(cè)到明顯局部放電現(xiàn)象，放電位置接近1121隔離開關(guān)下方母線氣室，并且放電類型為懸浮放電的可能性最大。

2.3 局部放電定位

為了明確局部放電發(fā)生的具體位置，使用特高頻傳感器、超聲波傳感器、和示波器，對(duì)1121隔離開關(guān)氣室下方的110kV Ⅰ段母線氣室附近的局部放電進(jìn)行了特高頻及超聲波定位，傳感器布置圖如圖4所示。

圖4 傳感器布置圖

1號(hào)超聲波傳感器和2號(hào)超聲波傳感器檢測(cè)到的超聲波信號(hào)如圖5所示。

圖5 1號(hào)、2號(hào)超聲波傳感器檢測(cè)到的信號(hào)

從圖5中可以看出，2號(hào)超聲波傳感器檢測(cè)到的超聲波信號(hào)幅值大于1號(hào)超聲波傳感器檢測(cè)到的超聲波信號(hào)，且2號(hào)超聲波傳感器檢測(cè)到的超聲波信號(hào)時(shí)間超前于1號(hào)超聲波傳感器檢測(cè)到的超聲波信號(hào)，故大致可以判定，局部放電源靠近2號(hào)超聲波傳感器所在的位置。

1號(hào)特高頻傳感器和2號(hào)特高頻傳感器檢測(cè)到的特高頻信號(hào)如圖6所示。

圖6 1號(hào)、2號(hào)特高頻傳感器檢測(cè)到的信號(hào)

2號(hào)特高頻傳感器和3號(hào)特高頻傳感器檢測(cè)到的特高頻信號(hào)如圖7所示。

圖7 2號(hào)、3號(hào)特高頻傳感器檢測(cè)到的信號(hào)

從圖6、圖7中可以看出，2號(hào)特高頻傳感器檢測(cè)到的信號(hào)幅值大于1號(hào)特高頻傳感器和3號(hào)特高頻傳感器檢測(cè)到的信號(hào)，且2號(hào)特高頻傳感器檢測(cè)到的信號(hào)時(shí)間超前于1號(hào)超高頻傳感器和3號(hào)超高頻傳感器檢測(cè)到的信號(hào)，故大致可以判定，局部放電源靠近2號(hào)超特頻傳感器所在的位置。

為了進(jìn)行精確定位，使用特高頻時(shí)差定位方法進(jìn)行計(jì)算。時(shí)差定位原理如圖8所示，計(jì)算公式如式（1）所示。

圖8 時(shí)差定位原理圖

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量2號(hào)、3號(hào)特高頻傳感器間的距離為6.2m，接收到特高頻信號(hào)的時(shí)間差為20.1ms，代入式（1）中得

（2）

局部放電源距離2號(hào)特高頻傳感器0.1m。放電部位位于1121隔離開關(guān)A相氣室下方的110kV Ⅰ段母線氣室，距離2號(hào)超高頻傳感器0.1m，正好位于1121隔離開關(guān)A相氣室正下方的110kV Ⅰ段母線氣室。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)解體檢查

對(duì)1121隔離開關(guān)母線氣室進(jìn)行解體，解體后發(fā)現(xiàn)A相母線支柱絕緣子靠罐體處已經(jīng)完全斷裂，同時(shí)A相中心導(dǎo)體端面與其他兩相不在同一平面，A相中心導(dǎo)體頂絲扭曲變形，現(xiàn)場(chǎng)解體情況如圖9所示。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)解體情況進(jìn)行分析，發(fā)生局部放電的原因?yàn)榘惭b工藝問題，由于A相中心導(dǎo)體安裝時(shí)與B、C相中心導(dǎo)體不在同一平面，致使A相中心導(dǎo)體頂絲在運(yùn)行過程中長期受力而發(fā)生變形扭曲，使得支柱絕緣子長期承受較大的橫向拉力而折斷，并因此而形成一個(gè)懸浮電極而發(fā)生放電。

（a）斷裂支柱絕緣子

（b）三相中心導(dǎo)體端面不平齊

（c）頂絲頂部扭曲 圖9 現(xiàn)場(chǎng)解體情況

3 結(jié)論

將特高頻和超聲波兩種局部放電測(cè)試方法聯(lián)合應(yīng)用，可以有效地發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部存在的局部放電缺陷，并對(duì)缺陷發(fā)生的部位進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

Typical characteristics of spatio-temporal evolution of initial perturbations in short-range ensemble

為保證GIS的可靠運(yùn)行，提出以下兩點(diǎn)建議：①安裝過程中應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，任何輕微的施工缺陷都有可能造成事故的發(fā)生；②在設(shè)備運(yùn)行過程中，應(yīng)積極實(shí)施局部放電試驗(yàn)等帶電檢測(cè)項(xiàng)目，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛在缺陷。

參考文獻(xiàn)

[1] 國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院. GIS特高頻與超聲波局部放電檢測(cè)[M]. 北京: 中國電力出版社, 2015.

[2] 國家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技術(shù)部. 電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用典型案例[M]. 北京: 中國電力出版社, 2012.

[3] 陳化鋼. 電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法及診斷技術(shù)[M]. 北京: 中國科學(xué)技術(shù)出版社, 2001.

[4] 謝耀恒, 徐波, 段肖力, 等. 超聲波和特高頻在GIS局部放電檢測(cè)中的聯(lián)合應(yīng)用[J]. 湖南電力, 2016, 36(2): 63-65, 94.

[5] 齊偉強(qiáng), 李儉, 陳柏超, 等. 基于COMSOL的變壓器中超聲波傳播特性[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2015, 30(Z2): 195-200.

[6] 郭俊, 吳廣寧, 張血琴, 等. 局部放電檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2005, 20(2): 29-35.

[7] 鄧敏. 超聲波信號(hào)在局部放電檢測(cè)技術(shù)的特征集合探索[J]. 電氣技術(shù), 2017, 18(4): 95-99.

[8] 覃劍, 王昌長, 邵偉民. 特高頻在電力設(shè)備局部放電在線監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 1997, 21(6): 33-36.

[9] 王亮, 鄭書生, 李成榕, 等. GIS澆注孔傳播內(nèi)部局部放電UHF電磁波的特性[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2014, 38(1): 3843-3849.

[10] 姚勇, 岳彥峰, 黃興泉. GIS超高頻/超聲波局放檢測(cè)方法的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[J]. 高電壓技術(shù), 2008, 34(2): 422- 424.

GIS partial discharge test case analysis

Li Huiming Zhang Zhilei

(Yunnan power grid Co, Ltd, Honghe Power Supply Bureau, Yunnan, Mengzi 661100)

Abstract　Introduced the method of the ultra high frequency and ultrasonic in GIS partial discharge detection, and make some suggestions to ensure the safe operation of GIS equipment.

Keywords：partial discharge detection of GIS; ultra high frequency; ultrasonic

收稿日期：2018-04-16

作者簡介 黎慧明（1991-），云南蒙自人，助理工程師，從事高電壓試驗(yàn)技術(shù)及電氣設(shè)備故障在線監(jiān)測(cè)與故障診斷方面的研究工作。