(國網(wǎng)重慶市電力公司 檢修分公司，重慶 400015)

在電力設(shè)備的絕緣系統(tǒng)中，只有部分區(qū)域發(fā)生放電，而沒有貫穿施加電壓的導(dǎo)體之間，即尚未擊穿，這種現(xiàn)象稱之為局部放電(以下簡稱“局放”)。它是由局部電場畸變、局部場強集中引起絕緣介質(zhì)局部范圍內(nèi)的氣體放電或擊穿所造成的。它可能發(fā)生在導(dǎo)體邊緣，也可能發(fā)生在絕緣體的表面或內(nèi)部。在絕緣體中的局部放電甚至?xí)g絕緣材料，并最終導(dǎo)致絕緣擊穿[1]。

因此，進行局部放電檢測，預(yù)防絕緣事故的發(fā)生，對于維護設(shè)備安全和電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行有著十分重要的意義。

局部放電是一種脈沖放電，它會在設(shè)備內(nèi)部和周圍產(chǎn)生一系列的光、聲、電氣和機械振動等物理現(xiàn)象和化學(xué)變化。這些伴隨局部放電而產(chǎn)生的各種物理和化學(xué)變化可以檢測并反映設(shè)備內(nèi)部的絕緣狀態(tài)。

目前在GIS局部放電檢測工作中應(yīng)用較為廣泛的是特高頻局部放電檢測、超聲波局部放電檢測、SF6氣體分解產(chǎn)物分析等方法，實際檢測分析時常采用多種手段聯(lián)合的方式進行[2]。

1 局放檢測技術(shù)原理

1.1 特高頻局放檢測原理

GIS的局放電流脈沖具有極陡的上升沿，其上升時間為納秒級，激發(fā)起高達(dá)數(shù)百兆赫的電磁波，在GIS腔體構(gòu)成的同軸結(jié)構(gòu)中傳播，透過環(huán)氧材料等非金屬部件傳播出來，便可通過外置式特高頻傳感器進行檢測。同理，若采用內(nèi)置式傳感器，則可直接從設(shè)備內(nèi)部檢測局放產(chǎn)生的電磁波信號[3]。

特高頻法檢測的對象是局放產(chǎn)生的電磁波信號。由于受GIS結(jié)構(gòu)的影響，局放激勵的電磁波信號在GIS中傳播到特高頻傳感器時信號的波形與幅值等參數(shù)會發(fā)生變化，從而增加了局放評估工作的復(fù)雜性。

1.2 超聲波局放檢測原理

GIS內(nèi)部產(chǎn)生局放信號時，會產(chǎn)生沖擊的振動和聲音。超聲波法是在設(shè)備腔體外壁上安裝超聲波傳感器，通過對獲取的局放信號進行采集、處理和分析來獲取設(shè)備運行狀態(tài)的一種狀態(tài)檢測技術(shù)[3]。

超聲波檢測方法的優(yōu)點是抗電磁干擾能力強，應(yīng)用范圍廣，便于實現(xiàn)放電定位。同時，超聲波局放檢測技術(shù)也存在一定不足，如對于內(nèi)部缺陷不敏感，受環(huán)境噪聲或設(shè)備機械振動干擾較大，進行放電類型模式識別難度大。由于超聲信號在電力設(shè)備常用的絕緣材料中衰減較大，超聲波檢測法的檢測范圍有限。

2 GIS局放檢測典型案例應(yīng)用

2.1 檢測異常概況

在對某220 kV GIS變電站開展射頻局放巡檢工作過程中，發(fā)現(xiàn)212#母聯(lián)間隔附近間隔信號異常，異常圖譜如圖1所示(上方線條為環(huán)境基線，下方線條為異常特征線)。

圖1 運維人員檢測到的射頻信號圖譜

通過故障診斷分析和精確定位，局放信號實際在220 kV 264#間隔處最強，隨著位置變化向周圍逐漸減弱。運用聲-電聯(lián)合定位技術(shù)，確認(rèn)在#2646隔離開關(guān)處存在明顯局部放電缺陷。

2.2 檢測數(shù)據(jù)分析

對264#間隔進行診斷性檢測，檢測項目包括射頻信號復(fù)測、特高頻局放檢測、超聲波局放檢測、SF6氣體組分檢測、聲—電聯(lián)合故障定位，其間隔現(xiàn)場布置如圖2所示。

1)射頻信號復(fù)測

與相鄰間隔比較，264#間隔附近射頻局放信號異常特征明顯，如圖3所示(上方線條為環(huán)境基線，下方線條為異常特征線)。

(a)264#間隔射頻局放信號(b)鄰近間隔射頻局放信號圖3 264#間隔射頻局放復(fù)測信號圖譜

由檢測圖譜可初步判斷缺陷位置就在264#間隔，且排除周圍間隔存在其它局放干擾源的可能性。

2)特高頻局放檢測

選取圖2所示現(xiàn)場間隔位置中的盆式絕緣子作為特高頻傳感器信號采集點，依次測取PRPS和PRPD圖譜。檢測發(fā)現(xiàn)，2646#隔離開關(guān)兩端盆式絕緣子處放電信號特征最明顯。檢測時2646#隔離開關(guān)位置特高頻局放信號如圖4所示。

(a)A相特高頻信號(b)B相特高頻信號(c)C相特高頻信號圖4 2646#隔離開關(guān)特高頻局放信號圖譜

從圖4可以很明顯地看出，在2646#隔離開關(guān)C相氣室附近盆式絕緣子特高頻信號明顯，幅值較其他兩相高，且有雙簇現(xiàn)象，表現(xiàn)為懸浮放電。

更換檢測設(shè)備對2646#隔離開關(guān)C相氣室進行驗證，獲得如圖5所示的特高頻局放信號。

圖5 2646#隔離開關(guān)C相特高頻局放驗證圖譜

從圖5可以看出，特高頻局放信號穩(wěn)定，特征明顯。

3)超聲波局放檢測

進行超聲波局放檢測，各檢測位置數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 264#間隔C相氣室超聲波局放數(shù)據(jù)對照表

從表1可見，超聲波信號在2646#隔離開關(guān)C相氣室中間位置最強，向兩側(cè)有明顯降低趨勢，且信號最強位置100 Hz相關(guān)性明顯。

改變測量頻率范圍，檢測結(jié)果基本無變化，判斷該異常信號源應(yīng)位于GIS內(nèi)部中心導(dǎo)體上。

4)SF6氣體組分檢測

隨后對2646#隔離開關(guān)C相氣室進行SF6氣體組分檢測，H2S為0.7 μL/L，SO2為19 μL/L，SO2含量遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的注意值。

5)精確定位

①垂直方向定位

采用兩路特高頻傳感器，淺灰色置于2646#隔離開關(guān)C相氣室出線側(cè)盆式絕緣子處，深灰色置于上方空氣中，此時檢測圖譜如圖6所示。

圖6 垂直方向定位檢測圖譜

信號同源，且一個工頻周期出現(xiàn)兩次，與前述特高頻信號“雙簇”特征相對應(yīng)，淺灰色信號超前于深灰色信號。將深灰色傳感器移動至下方空氣中，此時淺灰色信號仍超前于深灰色信號。說明局放源在近2646#隔離開關(guān)設(shè)備側(cè)。

②水平橫向定位

采用兩路特高頻傳感器，淺灰色置于2646#隔離開關(guān)C相氣室出線側(cè)盆式絕緣子處，深灰色置于與黃色傳感器同高度的空氣中并作圓周移動，此時檢測圖譜如圖7所示。同理可判斷局放源在近2646#隔離開關(guān)設(shè)備側(cè)。

圖7 水平橫向定位檢測圖譜

③水平軸向定位

同樣的兩路傳感器，淺灰色置于2646#隔離開關(guān)C相氣室出線側(cè)盆式絕緣子處，深灰色置于母線側(cè)盆式絕緣子處，檢測圖譜如圖8所示。

圖8 水平軸向整體定位檢測圖譜

從表8可以看出，淺灰色傳感器信號仍然超前。將深灰色傳感器移動至2646#隔離開關(guān)C相氣室靠母線側(cè)盆式絕緣子處，檢測圖譜如圖9所示。

圖9 水平設(shè)備方向局部定位檢測圖譜

從圖9可知，兩組起始沿較為接近，幾乎同時到達(dá)信號采集器，說明局放源位于兩個傳感器中間。從現(xiàn)場布置情況看，兩個傳感器中間剛好為2646#隔離開關(guān)C相本體，因此認(rèn)定2646#隔離開關(guān)C相存在局部放電缺陷。

2.3 檢測結(jié)論

2646#隔離開關(guān)C相氣室特高頻局放檢測信號幅值超出背景值較大范圍，且信號呈明顯“雙簇”狀，PRPS和PRPD圖譜均表現(xiàn)為典型懸浮電位放電特征；超聲波檢測時異常點幅值最大，100 Hz相關(guān)性大于50 Hz相關(guān)性，與懸浮放電特征相符。改變頻率范圍測試結(jié)果不變，說明局放點位于內(nèi)部導(dǎo)體上；該氣室內(nèi)SO2含量為19 μL/L，超標(biāo)。經(jīng)精確定位，確認(rèn)局放缺陷位于2646#隔離開關(guān)本體。

2.4 檢修處理

對264#間隔進行停電檢查發(fā)現(xiàn)，2646#隔離開關(guān)C相傳動拐臂撥叉彈簧位置接觸不良，導(dǎo)致拐臂與導(dǎo)電桿間產(chǎn)生懸浮電位放電，下方連接導(dǎo)體內(nèi)有大量的燃燒后粉塵狀物質(zhì)。局放源位置如圖10所示。

圖10 2646#隔離開關(guān)局放源位置示意圖

檢修人員與廠方人員隨即對該氣室進行吸塵清理工作并更換了內(nèi)部絕緣子及相關(guān)部件。檢修完成后，進行耐壓和局放試驗，未再發(fā)現(xiàn)異常。

3 結(jié)論

隨著狀態(tài)檢修應(yīng)用研究的逐步深化，GIS設(shè)備全壽命周期管理已在系統(tǒng)內(nèi)廣泛開展，預(yù)防性停電試驗工作有所減少，而且目前的預(yù)防性試驗項目多為低電壓，試驗結(jié)果不能完全反映設(shè)備實際運行電壓下的狀態(tài)，帶電檢測則恰好彌補了這些不足。

隨著帶電檢測技術(shù)的日漸成熟，用帶電檢測及在線監(jiān)測手段來替代預(yù)防性停電試驗，使為設(shè)備狀態(tài)評價提供更加準(zhǔn)確、全面的信息變得逐漸可行。利用特高頻與超聲波局放檢測技術(shù)相結(jié)合的方式，能夠及時、有效地發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部潛伏性局放缺陷，并進行精確定位，為檢修人員提供可靠的檢修依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。