國(guó)網(wǎng)山東省電力公司淄博供電公司 李 飛 孫竟成 耿 寧 楊學(xué)杰 李志剛

GIS 型電纜終端具有占地面積少、環(huán)境友好、絕緣性能優(yōu)良、體積緊湊、運(yùn)行安全可靠、檢修周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在全國(guó)電力系統(tǒng)中，但是生產(chǎn)安裝過(guò)程中的缺陷、把控不嚴(yán)的問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)，各地已經(jīng)發(fā)生多起GIS 設(shè)備電纜終端故障導(dǎo)致的局部范圍停電甚至大范圍停電事故。

高度集成化在提高設(shè)備可靠性等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，但是也為設(shè)備的檢修帶來(lái)了諸多困難。目前，GIS 型電纜終端在交接試驗(yàn)中難以發(fā)現(xiàn)缺陷，局部放電檢測(cè)技術(shù)是公認(rèn)的最佳方法[1]。鑒于局部放電信號(hào)傳播特性復(fù)雜多變，如何確定設(shè)備局放源的類型、位置等是運(yùn)檢人員日常帶電檢測(cè)工作的難點(diǎn)和重點(diǎn)。本文結(jié)合實(shí)際運(yùn)行的站內(nèi)GIS 型電纜終端手持式特高頻和超聲波檢測(cè)工作，發(fā)現(xiàn)A、B 相電纜終端存在懸浮放電，開(kāi)展放電源特高頻信號(hào)長(zhǎng)時(shí)監(jiān)測(cè)、定位工作，確定發(fā)展中缺陷類型、位置，最后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)解體查找，指出電纜終端壓接觸頭和均壓環(huán)之間存在的內(nèi)在問(wèn)題，為同類設(shè)備缺陷的處理提供參考[2]。

1 異常情況簡(jiǎn)述

4月15日，運(yùn)檢人員應(yīng)用手持式局放測(cè)試儀對(duì)某110kV 變電站進(jìn)行GIS 局部放電檢測(cè)，檢測(cè)到110kV 某線電纜終端氣室A 相和B 相電纜環(huán)氧套管、電纜氣室上部澆筑口存在特高頻、超聲波局部放電特征信號(hào)，特高頻型號(hào)幅值最大超過(guò)1700mV，超聲波信號(hào)在相位模式下，可見(jiàn)明顯的能量聚集點(diǎn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)排擾、圖譜分析、特高頻長(zhǎng)時(shí)監(jiān)測(cè)和定位等手段，初步推斷該電纜終端氣室A 相和B 相存在嚴(yán)重的懸浮放電缺陷。

5月14日，運(yùn)檢部門聯(lián)合廠家對(duì)該終端氣室進(jìn)行了停電解體檢查，發(fā)現(xiàn)先前帶電檢測(cè)定位位置處確存在白綠色粉末，仔細(xì)查找電纜頭無(wú)其他異常狀況。經(jīng)過(guò)對(duì)終端壓接觸頭、均壓環(huán)、線芯等電位連接，重新安裝電纜終端后，恢復(fù)送電，送電后檢測(cè)局部放電信號(hào)全部消失。

2 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.1 特高頻檢測(cè)（駒電設(shè)備）

圖1所示為110kV 某線電纜終端氣室特高頻局部放電測(cè)試位置示意圖。其中，測(cè)點(diǎn)1為氣室上端澆筑口，測(cè)點(diǎn)2、3、4為C、A、B 相電纜終端的白色環(huán)氧套管。采用手持式局放測(cè)試儀JD-S10對(duì)圖1所示各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行局放檢測(cè)[3]。4個(gè)測(cè)點(diǎn)均能檢測(cè)到特高頻局放信號(hào)，信號(hào)強(qiáng)度順序依次為測(cè)點(diǎn)4＞測(cè)點(diǎn)3＞測(cè)點(diǎn)1＞測(cè)點(diǎn)2，考慮到電纜終端氣室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和信號(hào)的傳播特性，預(yù)判測(cè)點(diǎn)4和測(cè)點(diǎn)3可能存在局放源，根據(jù)幅值和相位圖譜，兩點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度明顯增大，幅值均較大，相位分布較窄，相位具有周期性，具有懸浮放電特征。

圖1 110kV 某線電纜終端氣室特高頻信號(hào)測(cè)試位置

2.2 超聲波檢測(cè)

在圖1所示測(cè)點(diǎn)4周邊開(kāi)展超聲波檢測(cè)，超聲檢測(cè)背景1.0mV，實(shí)際檢測(cè)值2.0mV，無(wú)50Hz 及100Hz 相關(guān)性，信號(hào)的持續(xù)性很弱。在相位模式下，存在一處單簇聚集點(diǎn)，超聲圖譜如圖2所示，其余測(cè)點(diǎn)未發(fā)現(xiàn)異常超聲信號(hào)。

圖2 110kV 某線電纜終端氣室測(cè)點(diǎn)4周邊超聲圖譜

2.3 特高頻長(zhǎng)時(shí)在線監(jiān)測(cè)（華乘設(shè)備）

為進(jìn)一步分析確認(rèn)，采用診斷型局放測(cè)試儀PDS-G100M 對(duì)該異常局放信號(hào)進(jìn)行綜合診斷分析。測(cè)點(diǎn)特高頻信號(hào)強(qiáng)度順序?yàn)闇y(cè)點(diǎn)4＞測(cè)點(diǎn)3＞測(cè)點(diǎn)1，經(jīng)過(guò)公式dB=20logmV 轉(zhuǎn)換。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，局放源信號(hào)具備幅值均較大，相位分布較窄，相位相差180°，符合懸浮放電特征。

2.4 特高頻長(zhǎng)時(shí)在線監(jiān)測(cè)（邁內(nèi)設(shè)備）

為從多角度確認(rèn)局放源，排除不同檢測(cè)儀器帶來(lái)的誤差，采用邁內(nèi)公司的診斷型局放測(cè)試儀T3000對(duì)該異常局放信號(hào)進(jìn)行綜合診斷分析。測(cè)點(diǎn)特高頻信號(hào)強(qiáng)度順序?yàn)闇y(cè)點(diǎn)4＞測(cè)點(diǎn)3，與前述測(cè)試手段信號(hào)強(qiáng)度基本一致。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，局放源信號(hào)具備幅值均較大，相位分布較窄，相位相差180°，符合懸浮放電特征。

2.5 特高頻定位

圖3所示為采用定位法對(duì)放電源進(jìn)行精確定位分析，原理為特高頻信號(hào)傳播速度接近光速，通過(guò)兩個(gè)特高頻傳感器接收信號(hào)的時(shí)間差，粗略定位局放源位置[4]。在110kV 某線電纜氣室測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)4放置多功能局放定位系統(tǒng)G1500的特高頻傳感器，兩側(cè)點(diǎn)之間直線距離L 為1.5m（紅色）。

圖3 定位法對(duì)放電源進(jìn)行精確定位分析

定位波形如圖4所示，測(cè)點(diǎn)4（綠色）超前于測(cè)點(diǎn)1（黃色）特高頻信號(hào)時(shí)間為5ns，ΔL=0.3×5=1.5，假定B 相局放源到測(cè)點(diǎn)4的距離為x，則x=(1.5－ΔL)/2=0，求解無(wú)任何意義。針對(duì)此現(xiàn)象，這里作簡(jiǎn)要分析：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，特高頻信號(hào)定位測(cè)試是有誤差的，在僅有特高頻定位手段時(shí)，誤差大于10cm，x 可能存在很小的正數(shù)解（比如說(shuō)誤差0.3m，ΔL=0.3×5=1.2，則x=(1.5－ΔL)/2=0.15），但與電纜終端的實(shí)際距離不符；從手持式局放測(cè)試儀測(cè)試圖譜分析，A、B 相的放電源類型類似，從電纜的實(shí)際設(shè)計(jì)分析，電纜終端氣室空間較小。假如存在A、B相兩個(gè)放電源，以上兩點(diǎn)導(dǎo)致兩個(gè)放電源難以區(qū)分。綜合前述分析，存在兩個(gè)放電源的可能性較大。

圖4 定位波形

2.6 綜合分析

手持式特高頻傳感器判斷可能存在A、B 相兩處放電源，在線監(jiān)測(cè)儀判斷與手持式儀器測(cè)試數(shù)據(jù)一致，只有幅值存在較小差別，超聲傳感器檢測(cè)出明顯能量聚集，定位儀器判斷存在兩處放電源，綜上分析，存在兩處放電源的可能性較大，放電類型為懸浮放電，幅值較大，相位分布較窄，具有周期性。通過(guò)分析電纜廠家提供的設(shè)計(jì)圖紙，結(jié)合檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，初步判斷放電位置位于A、B 相的均壓環(huán)處。

3 解體驗(yàn)證

5月14日，運(yùn)檢部門聯(lián)合電纜廠家對(duì)電纜終端開(kāi)展停電檢修工作，停電后，復(fù)測(cè)局放信號(hào)消失，由于電纜終端為插頭式，上下氣室物理隔離，不涉及氣室內(nèi)部SF6工作。電纜終端檢修處理工作流程分四步：

（1）觀察三相電纜終端外表情況：接地連接、尾管封鉛未見(jiàn)異常，連接良好，鉛封粘接牢靠。

（2）將三相電纜終端外護(hù)套剝離，融化封鉛，打開(kāi)錐托直至應(yīng)力錐、均壓環(huán)、觸頭露出。經(jīng)仔細(xì)觀察，彈簧錐托頂緊結(jié)構(gòu)正常，環(huán)氧套管內(nèi)壁表面無(wú)發(fā)現(xiàn)放電痕跡，應(yīng)力錐主體外表面無(wú)發(fā)現(xiàn)放電痕跡。

（3）拆解后發(fā)現(xiàn)只有A、B 相均壓環(huán)、線芯與觸頭之間存在間隙，C 相未見(jiàn)異常，縫隙中存在白綠色粉末狀放電痕跡。

（4）廠家采用半導(dǎo)線圈實(shí)現(xiàn)均壓環(huán)、線芯和觸頭三者之間的無(wú)縫連接，消除電位差和放電隱患。

隱患消除后，于5月15日下午恢復(fù)送電，運(yùn)檢人員于5月19日開(kāi)展檢修后復(fù)測(cè)，局放信號(hào)消失，三相運(yùn)行狀況良好。

4 放電原因分析及對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響

4.1 安裝角度分析

在電纜檢修現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)廠家在缺陷處理完畢恢復(fù)電纜觸頭插接的過(guò)程中，缺乏有效的防潮措施，潮氣隨著安裝進(jìn)入環(huán)氧套管內(nèi)部。

4.2 設(shè)計(jì)角度分析

電纜終端均壓環(huán)為鋁合金材質(zhì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要求均壓環(huán)與觸頭緊密接觸。從檢查情況看，A、B 相均壓環(huán)與線芯、觸頭間存在間隙，C 相無(wú)間隙，在運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致均壓環(huán)與線芯、觸頭之間因?yàn)榻佑|不良而懸浮放電，說(shuō)明本型號(hào)電纜存在設(shè)計(jì)缺陷，均壓環(huán)與觸頭之間無(wú)螺栓或者其它固定措施，長(zhǎng)期運(yùn)行后，存在均壓環(huán)與觸頭接觸不良引起電位差進(jìn)而導(dǎo)致放電的可能。

鉛封作為隔絕環(huán)氧套管內(nèi)部與外部空氣的關(guān)鍵工藝，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，由于設(shè)備振動(dòng)、老化等原因，不能起到完全隔離兩部分空間潮氣的作用，無(wú)法阻止外界潮氣進(jìn)入內(nèi)部。

該型號(hào)電纜終端與SF6氣室之間存在物理隔離，下部的電纜氣室在安裝完成后，沒(méi)有提真空環(huán)節(jié)，無(wú)法去除安裝過(guò)程中進(jìn)入的潮氣，導(dǎo)致潮氣一直存在于電纜氣室內(nèi)。

4.3 運(yùn)行角度分析

在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，均壓環(huán)、線芯和觸頭之間存在電位差，環(huán)氧套管內(nèi)部存在潮氣（特別是近期連續(xù)下雨，外界空氣濕度很大，嚴(yán)重影響了內(nèi)部氣體的濕度），環(huán)氧套管內(nèi)部環(huán)境為非真空狀態(tài)，加速了白綠色粉末狀物質(zhì)（銅綠）的生成，也引發(fā)了爬電現(xiàn)象，特別是隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，運(yùn)行工況越來(lái)越差，為銅綠的生成創(chuàng)造了“良好的”產(chǎn)生條件，其中，基本的反應(yīng)方程式為：

2Cu＋2H2O＋O2＋CO2=Cu2(OH)2CO3

4.4 放電對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響

放電位置位于線芯、均壓環(huán)和觸頭之間，盡管此位置屬于環(huán)氧套管金屬屏蔽罩范圍內(nèi)，不在終端應(yīng)力錐和環(huán)氧套管的絕緣部分，但是，隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)、雷雨季節(jié)的來(lái)臨、負(fù)荷的加重，放電范圍的增大可能造成電纜終端閃絡(luò)或擊穿等問(wèn)題，嚴(yán)重影響電纜及電纜終端的絕緣性能，可能誘發(fā)停電事故。

綜上，電纜廠家該型號(hào)電纜設(shè)計(jì)存在固有缺陷、安裝工藝不完善，存在家族性缺陷的可能，運(yùn)檢部門需逐一排查站內(nèi)該型號(hào)電纜。

在開(kāi)展GIS 型設(shè)備帶電檢測(cè)工作過(guò)程中，需要結(jié)合不同廠家手持式局放檢測(cè)儀、在線式局放監(jiān)測(cè)儀和聲電聯(lián)合定位儀等多維度檢測(cè)方法綜合分析診斷，以準(zhǔn)確判斷缺陷類型和位置，為缺陷的檢修處理提供技術(shù)參考。