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        110 kV GIS交流耐壓及局部放電試驗(yàn)和異常信號(hào)分析

        2020-06-29 18:45:53李峰
        機(jī)電信息 2020年15期

        摘 要:主要對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓及局部放電試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)方法、試驗(yàn)注意事項(xiàng)、異常結(jié)果等進(jìn)行了分析探討。

        關(guān)鍵詞:GIS;交流耐壓;老練;局部放電檢測(cè);異常信號(hào)分析

        0? ? 引言

        六氟化硫(SF6)封閉式組合電器,三相共箱結(jié)構(gòu),模塊化設(shè)計(jì),國(guó)際上稱(chēng)作“氣體絕緣封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備”,簡(jiǎn)稱(chēng)GIS,它是由斷路器(GCB)、隔離接地開(kāi)關(guān)(DES)、電壓互感器(VT)、電流互感器(CT)、帶電顯示裝置(VD)、快速接地開(kāi)關(guān)(FES)、電纜終端(CES)等元件組合成一個(gè)整體,并封閉在接地的金屬殼體內(nèi),殼內(nèi)充以一定壓力的六氟化硫氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)。由于六氟化硫斷路器滅弧性能優(yōu)良,開(kāi)斷電流大,且GIS設(shè)備具有結(jié)構(gòu)緊湊(小型化)、占地面積小、安裝方便、防污防霧(封閉式)、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、檢修周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),故而GIS設(shè)備廣泛應(yīng)用于110~500 kV電網(wǎng)中。目前上海電網(wǎng)建設(shè)的110 kV變電站110 kV進(jìn)出線設(shè)備均使用GIS,初建時(shí)設(shè)一、二段母線(圖1),共6間隔(遠(yuǎn)景設(shè)一、二、三段母線)。

        1? ? GIS現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓及局放試驗(yàn)?zāi)康?/p>

        新裝GIS設(shè)備投運(yùn)前,應(yīng)進(jìn)行整體交流耐壓及局放試驗(yàn),其目的是檢驗(yàn)GIS設(shè)備在生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝過(guò)程中是否存在元器件損壞、組裝件和緊固件松動(dòng)移位、導(dǎo)電部位刮傷或安裝錯(cuò)位引起缺陷以及設(shè)備內(nèi)留有異物的情況。另外,空氣中懸浮的塵粒、導(dǎo)電微粒雜質(zhì)和導(dǎo)體表面毛刺等都將產(chǎn)生局部放電,引發(fā)絕緣事故。GIS設(shè)備交流耐壓及局放試驗(yàn)是為了檢查完整設(shè)施的絕緣性能且探究以上異常情況,是對(duì)出廠絕緣試驗(yàn)的補(bǔ)充,因此國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都做了相關(guān)規(guī)定。GB 50150—2016《電氣裝置安裝工程 電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》13.0.1規(guī)定GIS的交接試驗(yàn)項(xiàng)目包括主回路的交流耐壓試驗(yàn);13.0.6規(guī)定主回路在1.2Ur/電壓下,應(yīng)進(jìn)行局部放電檢測(cè)。國(guó)網(wǎng)(運(yùn)檢/3)827—2017《國(guó)家電網(wǎng)公司變電驗(yàn)收管理規(guī)定(試行)》第3分冊(cè)《組合電器驗(yàn)收細(xì)則》A.4.3也規(guī)定了“對(duì)現(xiàn)場(chǎng)GIS設(shè)備局放試驗(yàn)驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行旁站見(jiàn)證”。

        2? ? GIS設(shè)備交流耐壓及局放試驗(yàn)方法

        2.1? ? 試驗(yàn)儀器、設(shè)備的選擇

        由于GIS內(nèi)部導(dǎo)電體對(duì)筒殼的空間小,對(duì)地電容量較大,若采用常規(guī)工頻耐壓試驗(yàn)法,則試驗(yàn)變壓器容量選擇可按以下過(guò)程計(jì)算:

        一般110 kV GIS每間隔電容量(每相對(duì)地及其他兩相)為600~700 pF,220 kV GIS每間隔電容量為500~600 pF,則試驗(yàn)變壓器容量計(jì)算式為:

        S=kωCxUs2×10-3

        式中,S為試驗(yàn)變壓器容量(kVA);k為安全系數(shù);ω為角頻率,ω=2πf;Cx為被試品的電容量(μF);Us為試驗(yàn)電壓(kV)。

        例如:某110 kV GIS間隔電容量為650 pF,試驗(yàn)電壓為230 kV,k取3,則S=kωCxUs2×10-3=32.4 kVA。經(jīng)計(jì)算可知,工頻試驗(yàn)變壓器容量很大,設(shè)備笨重、體積龐大,不利于現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn);且試驗(yàn)過(guò)程中若產(chǎn)生閃絡(luò)或擊穿,GIS裝置很可能因短路電流受到傷害,所以一般現(xiàn)場(chǎng)較少采用本試驗(yàn)方法。

        目前采用較多的是變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)方法,變頻串聯(lián)諧振裝置是指通過(guò)調(diào)整電源頻率,使串聯(lián)電感與電容(試品電容、分壓器電容)達(dá)到諧振狀態(tài)(ωL=的試驗(yàn)裝置,設(shè)備容量計(jì)算如下:

        (1)諧振頻率(單位:Hz):

        f=×103

        (2)調(diào)諧電抗器電流(單位:A):

        IL=IC=ωCxUs×10-3

        (3)勵(lì)磁變壓器容量(單位:VA):

        S=ICUN

        (4)變頻電源容量(單位:VA):

        三相S=UI

        這種裝置體積小,重量輕,搬運(yùn)方便,利用額定電壓較低的試驗(yàn)變壓器可以得到較高的輸出電壓,用較小容量的試驗(yàn)設(shè)備可對(duì)15~150倍容量的試品進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。根據(jù)IEC 517和GB 7674規(guī)定,試驗(yàn)電壓頻率在10~300 Hz變頻耐壓試驗(yàn)與工頻耐壓試驗(yàn)基本等效,因此變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)方法得到了廣泛認(rèn)同。串聯(lián)諧振試驗(yàn)過(guò)程安全可靠,被試品擊穿時(shí),諧振條件被破壞(ωL≠),高壓自動(dòng)下降,特別適合GIS交流耐壓試驗(yàn)。

        2.2? ? 放電信號(hào)檢測(cè)

        GIS局部放電檢測(cè)方法常用非電量測(cè)量法:聲測(cè)法(超聲波);電量測(cè)量法:電脈沖法、超(特)高頻電磁波法。目前聲測(cè)法和超(特)高頻法為主要檢測(cè)方法。

        2.3? ? 試驗(yàn)方法

        (1)風(fēng)險(xiǎn)因素辨識(shí)與預(yù)控措施如表1所示。

        (2)選擇合適的變頻電源、高壓諧振電抗器、勵(lì)磁變壓器、交流分壓器、擴(kuò)徑金屬軟管、采樣信號(hào)線、超聲波超高頻局放儀、安全工器具、放電棒、接地線、萬(wàn)用表、溫(濕)度計(jì)、秒表等,并檢查相關(guān)儀器儀表及安全工器具、開(kāi)關(guān)箱的檢定有效期。

        (3)試驗(yàn)程序:

        1)斷開(kāi)高壓電纜、電壓互感器、電力變壓器高壓引出線與GIS的連接,并保持足夠的安全距離。

        2)試驗(yàn)回路中的TA二次繞組短接接地,密度繼電器表塊閥門(mén)必須開(kāi)啟。

        3)對(duì)于新安裝的GIS,抽真空充入合格的SF6氣體至額定壓力,充氣12 h后進(jìn)行氣體檢漏,充氣24 h后進(jìn)行微水測(cè)試,經(jīng)氣體檢漏、微水、斷路器動(dòng)特性、回路電阻及絕緣測(cè)試合格后方可進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。

        4)檢查試驗(yàn)設(shè)備接線,交流耐壓前先進(jìn)行老練試驗(yàn),GIS設(shè)備三相須分相進(jìn)行,一相試驗(yàn),非試驗(yàn)相和外殼一起接地。

        5)老練試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)施加電壓和時(shí)間:依據(jù)GB 50150—2016《電氣裝置安裝工程 電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》要求參照DL/T 555—2004《氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)耐壓及絕緣試驗(yàn)導(dǎo)則》執(zhí)行,DL/T 555—2004一共給出4個(gè)試驗(yàn)方案,我們選擇方案3,同時(shí)根據(jù)DL/T 617—2010《氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備技術(shù)條件》,結(jié)合GIS耐壓試驗(yàn)測(cè)量其局部放電量,加壓流程為:Um/停留5 min→Um停留3 min→Uf停留1 min→1.2Ur/大于1 min,110 kV系統(tǒng)Um為系統(tǒng)最高線電壓126 kV,Uf為試驗(yàn)電壓230 kV,Ur為GIS的額定電壓126 kV。國(guó)網(wǎng)(運(yùn)檢/3)827—2017《國(guó)家電網(wǎng)公司變電驗(yàn)收管理規(guī)定(試行)》第3分冊(cè)《組合電器驗(yàn)收細(xì)則》A.4.1規(guī)定:對(duì)現(xiàn)場(chǎng)GIS設(shè)備耐壓試驗(yàn)進(jìn)行旁站見(jiàn)證,Uf按出廠試驗(yàn)電壓的100%。必須從零開(kāi)始勻速升壓,速率為3~4 kV/s,升壓切不可沖擊合閘。加壓過(guò)程中電壓與時(shí)間的關(guān)系如圖2所示。

        6)檢測(cè)局部放電量時(shí),主回路施加電壓至預(yù)加值Uf并保持1 min,在此期間出現(xiàn)的局部放電量不應(yīng)考慮,應(yīng)在1.2Ur/電壓下進(jìn)行局部放電量測(cè)量。

        7)主回路老練和耐壓試驗(yàn)結(jié)束,恢復(fù)VT連接后,應(yīng)進(jìn)行電壓為Um/、時(shí)間為5 min的老練試驗(yàn)。

        8)試驗(yàn)結(jié)束,使被試品充分放電并復(fù)測(cè)主回路絕緣電阻,將設(shè)備恢復(fù)至耐壓前的狀態(tài),拆除試驗(yàn)遮攔。

        9)圖2所示的加壓過(guò)程符合GB/T 7354—2018《高電壓試驗(yàn)技術(shù) 局部放電測(cè)量》的傳統(tǒng)局放探測(cè)方法。采用超(特)高頻方法時(shí),應(yīng)結(jié)合老練試驗(yàn)分級(jí)加壓過(guò)程實(shí)施局放探測(cè)。

        3? ? 試驗(yàn)注意事項(xiàng)

        (1)試驗(yàn)電源必須滿足試驗(yàn)要求,電壓保持穩(wěn)定,試驗(yàn)過(guò)程中不得使用如真空泵、SF6回收裝置、電焊機(jī)、濾油機(jī)等大功率用電設(shè)備。

        (2)為減少電暈損失,提高串聯(lián)諧振系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)Q值,高壓引線應(yīng)采用擴(kuò)徑金屬軟管。

        (3)耐壓試驗(yàn)中應(yīng)密切注視GIS設(shè)備的帶電狀態(tài)及儀表指示變化情況,若耐壓過(guò)程中出現(xiàn)擊穿、閃絡(luò)或升壓過(guò)程中發(fā)生異常,立即降低試驗(yàn)電壓,切斷試驗(yàn)電源,用接地棒對(duì)被試品充分放電,分析處理后重新進(jìn)行。

        (4)天氣情況對(duì)Q值影響很大,陰天或濕度較大的天氣試驗(yàn)時(shí)易發(fā)生電暈,造成Q下降,試驗(yàn)最好選擇在晴好干燥天氣進(jìn)行。

        (5)遇有放電情況判斷:1)可進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn),如果被試品或氣室還能經(jīng)受,可推斷為表面臟污和表面缺陷引起氣體擊穿放電,該類(lèi)放電稱(chēng)為自恢復(fù)放電,認(rèn)為耐壓試驗(yàn)通過(guò)。2)如重復(fù)試驗(yàn)再次失敗,應(yīng)進(jìn)行設(shè)備解體檢查處理,再次進(jìn)行規(guī)定的耐壓試驗(yàn),直至通過(guò)耐壓試驗(yàn),該類(lèi)放電稱(chēng)為非自恢復(fù)放電。

        4? ? 現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)遇有放電異常信號(hào)分析

        GIS局部放電發(fā)生過(guò)程中,會(huì)向外界發(fā)散出電磁波,其波頭非常短,頻率從幾千赫到幾千兆赫都有分布。超高頻放電信號(hào)頻譜一般為500~2 000 MHz,因此可以利用超高頻傳感器接收局部放電發(fā)出的超高頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)(圖3)。

        4.1? ? GIS典型放電波形、圖譜

        局部放電類(lèi)型是判斷GIS絕緣缺陷程度的重要依據(jù),表2展示了通過(guò)實(shí)驗(yàn)室得到的五種典型放電波形、圖譜特征等。

        4.2? ? 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)案例

        國(guó)網(wǎng)上海嘉定供電公司110 kV民悅站交接試驗(yàn)過(guò)程中,GIS進(jìn)行老練及交流耐壓時(shí)采用XD5352局放檢測(cè)儀測(cè)試。110 kV GIS二段主回路B、C相耐壓及局放試驗(yàn)合格。在A相耐壓及局放試驗(yàn)時(shí),加壓至72.7 kV測(cè)量局放量,此時(shí)發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)兩處,具體現(xiàn)象如下:

        4.2.1? ? 盆式絕緣子沿面放電

        110 kV GIS二段主回路A相耐壓及局放試驗(yàn),測(cè)試時(shí)加壓72.7 kV,試驗(yàn)頻率151 Hz。進(jìn)線2(圖1)母線筒盆式絕緣子有局放信號(hào),如圖4所示。

        從放電波形來(lái)看,該波形幅值分散性較大,放電時(shí)間間隔不穩(wěn)定,時(shí)有時(shí)無(wú),根據(jù)典型放電波形判別為盆式絕緣子表面大件金屬顆粒放電。解體后檢查,如圖5所示,GIS盆式絕緣子表面有一鐵屑片,去除鐵屑并作清潔處理,重新注氣靜置后試驗(yàn),未檢測(cè)到異常信號(hào)。

        4.2.2? ? 松動(dòng)部件放電

        110 kV GIS二段主回路A相耐壓及局放試驗(yàn),測(cè)試時(shí)加壓72.7 kV,試驗(yàn)頻率151 Hz。進(jìn)線4(圖1)電纜筒內(nèi)盆式絕緣子處有局放信號(hào),如圖6所示。

        從波形分析,該放電幅值穩(wěn)定,且相鄰時(shí)間間隔一致,根據(jù)典型放電波形判別為內(nèi)部部件松動(dòng)放電。解體后檢查,發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電棒與盆式絕緣子上的安裝件相接處有松動(dòng),如圖7所示。緊固后重新注氣靜置,再進(jìn)行試驗(yàn),未檢測(cè)到異常信號(hào)。

        4.3? ? 局放異常信號(hào)分析小結(jié)

        根據(jù)檢測(cè)到的放電波形、圖譜特征判斷檢測(cè)信號(hào)是否具備典型放電波形、圖譜特征,或與背景有明顯不同。若具備上述情況,則進(jìn)行以下分析和處理:排除外界環(huán)境干擾,將傳感器放置于絕緣盆上檢測(cè)信號(hào)與在空氣中檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較(對(duì)于無(wú)金屬屏蔽的絕緣子應(yīng)沿絕緣子外側(cè)加裝屏蔽帶或采取屏蔽措施,防止設(shè)備內(nèi)部信號(hào)從盆式絕緣子傳出被空氣中傳感器接收到造成誤判)。若信號(hào)一致且幅值較小,則判斷為外部干擾;若信號(hào)不一樣或幅值變大,則需結(jié)合超聲波、超高頻檢測(cè)做進(jìn)一步精準(zhǔn)定位。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中,GIS主回路的耐壓試驗(yàn)通過(guò)規(guī)定的試驗(yàn)電壓,且局放檢測(cè)過(guò)程中未檢測(cè)到異常信號(hào),才算整個(gè)GIS通過(guò)交流耐壓試驗(yàn)。

        5? ? 結(jié)語(yǔ)

        GIS設(shè)備的耐壓及局放試驗(yàn)?zāi)芗皶r(shí)有效地發(fā)現(xiàn)其因生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝等方面的問(wèn)題造成的缺陷,是防范電力設(shè)備事故、保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的有效手段,是保證其安全投產(chǎn)不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于各個(gè)廠家GIS設(shè)備結(jié)構(gòu)上的區(qū)別,在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)若發(fā)生放電,檢測(cè)到的現(xiàn)象、波形也不盡相同,給分析判斷增加了難度。GIS交流耐壓及局放試驗(yàn)可能因設(shè)備的任何一個(gè)內(nèi)部缺陷而終止,正確判斷放電產(chǎn)生的原因,精準(zhǔn)進(jìn)行定位,并采取科學(xué)的處理方案是關(guān)鍵,這就要求試驗(yàn)人員不僅要具備一定的理論基礎(chǔ)與豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),還要具有高度的責(zé)任心、上進(jìn)心以及刻苦專(zhuān)研、敢于探索的精神。古人云:“不積跬步,無(wú)以至千里;不積小流,無(wú)以成江海。”只有在試驗(yàn)過(guò)程中不斷積累,不斷總結(jié),不斷創(chuàng)新,輔之以精密的試驗(yàn)儀器和科學(xué)的試驗(yàn)方法,才能客觀判斷設(shè)備的絕緣性能,為電網(wǎng)安全運(yùn)行提供堅(jiān)強(qiáng)的后盾。

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        收稿日期:2020-04-14

        作者簡(jiǎn)介:李峰(1972—),男,湖北荊州人,工程師,從事輸變電工程和電力設(shè)備安裝、調(diào)試、檢修、運(yùn)維等工作。

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