廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局 李新海 王偉平 梁智康 梁麗麗 陳 權(quán)

氣體絕緣組合電器（Gas Insulated Switchgear, GIS）依靠其絕緣性好、可靠性高和占用空間小等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。在電力系統(tǒng)高溫高壓的復(fù)雜環(huán)境下，或者是GIS的制造、運輸和裝配過程中，由于灰塵、導(dǎo)電微粒、金屬尖端、氣隙等原因，絕緣介質(zhì)內(nèi)部將會形成各種類型的局部放電[1]。局部放電不會立即導(dǎo)致絕緣介質(zhì)的擊穿，但會持續(xù)積累，一旦電介質(zhì)發(fā)生局部放電，整個絕緣系統(tǒng)將因周圍電介質(zhì)的不斷侵蝕而最終失效。GIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電現(xiàn)象時，會釋放頻率范圍在300MHz以上的特高頻信號，可以通過特高頻傳感器接收信號并檢測、識別出內(nèi)部局放類型[2]。

目前，220kV及以上GIS盆地絕緣子已經(jīng)普遍實現(xiàn)了局放在線監(jiān)測裝置的安裝，可實時監(jiān)測設(shè)備內(nèi)部線路缺陷程度。而110kV的GIS設(shè)備仍然需要進行局放帶電測試，即使已經(jīng)安裝了的GIS盆式絕緣子，依然需要通過日常帶電測試對剩余的絕緣盤補充局放信號、校驗在線監(jiān)測裝置。同時，若局放在線監(jiān)測裝置持續(xù)監(jiān)測到了局部放電，也需要工作人員攜帶設(shè)備進行進一步的人工故障診斷。利用外置式特高頻傳感器接收GIS內(nèi)部局放產(chǎn)生的特高頻信號可對局放類型進行識別、判斷放電程度并進行定位。目前，110kV及以上GIS盆式絕緣子分為普通屏蔽式、非屏蔽式和澆注孔式三種類型，普通屏蔽盆式絕緣子的外表面被金屬法蘭完全覆蓋，隔絕一切內(nèi)部信號；非屏蔽盆式絕緣子不被金屬法蘭包裹，穿透性強；澆筑孔盆式絕緣子大部分被金屬法蘭包圍，只留下一小部分澆注口用于傳感器檢測。由于普通屏蔽盆式絕緣子很難檢測到內(nèi)部的局部放電信號且非屏蔽式盆式絕緣子存在GIS自身向外電磁輻射大、檢測信號易受外界干擾等缺點，目前市面上的廠家以生產(chǎn)澆筑孔盆式絕緣子為主，進行GIS局部放電測試時，將封閉澆注孔外的金屬片拆除，再將外置特高頻傳感器放置在盆式絕緣子的澆注孔上，通過檢測向澆注孔位置輻射的電磁波信號對GIS設(shè)備局部放電信號進行測試。然而澆筑式絕緣子也有一定缺陷，由于澆注口與傳感器尺寸不吻合，傳感器無法緊貼澆注孔，未能接收全部的電磁波信號，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確檢測到GIS局部放電。

為解決上述問題，本文研制了一種GIS局部放電帶電測試標(biāo)準(zhǔn)接口，采用卡式安裝將標(biāo)準(zhǔn)接口固定在盆式絕緣子表面的金屬法蘭上，該接口采用插拔式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂密封澆注口，尺寸設(shè)計為與特高頻傳感器尺寸相同，接口外部設(shè)計為合頁轉(zhuǎn)動式結(jié)構(gòu)，鎖緊封蓋并幫助固定傳感器。采用本標(biāo)準(zhǔn)接口可實現(xiàn)特高頻傳感器與檢測澆注孔緊密接觸，測試中免拆裝澆注孔上的封閉金屬片步驟，以及無需人員手扶特高頻傳感器進行檢測，現(xiàn)場操作方便快捷、抗干擾效果良好，提高檢測的工作效率。

1 接口的組成

1.1 傳統(tǒng)安裝方式

為配合外置式傳感器安裝，目前市面上各GIS廠家采用在制造時預(yù)留澆注孔的盆式絕緣子，即盆式絕緣子外表面絕大部分被金屬法蘭所包裹，只預(yù)留有澆注孔位置為非屏蔽檢測點。進行GIS局部放電測試時，將封閉澆注孔外的金屬片拆除，再將外置特高頻傳感器放置在盆式絕緣子的澆注孔上，通過檢測向澆注孔位置輻射的電磁波信號對GIS設(shè)備局部放電信號進行測試。采用此方法有如下幾種缺點：

測試時多使用手持傳感器置于澆注口處，缺少專用傳感器接口。盆式絕緣子制造過程中的澆注孔大致呈圓角矩形，其長度為45-55mm，寬度為15-25mm。將外置式特高頻傳感器放置在非標(biāo)準(zhǔn)的澆注孔上檢測，由于兩者尺寸不同，若傳感器外殼沒有緊貼澆注孔，澆注孔和傳感器之間存在氣隙，會造成電磁波發(fā)生衰減，影響測量效果。

金屬片通常采用緊固螺栓方式封閉澆注孔，局部放電測試中多次拆裝容易破壞澆注孔密封結(jié)構(gòu)，特別是戶外的GIS設(shè)備，如澆注孔密封不良，空氣中的水氣、潮氣將進入澆注孔內(nèi)，導(dǎo)致盆式絕緣子絕緣強度下降。

GIS設(shè)備數(shù)量眾多，測試工作量較大，測試時需要測試人員手持傳感器而非自動固定裝置，工作強度大，易受各不穩(wěn)定因素干擾，作業(yè)時間長、工作效率低。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)接口

針對以上問題，本文設(shè)計了一種GIS局部放電帶電測試標(biāo)準(zhǔn)接口，該接口如圖1所示包括用于安裝在盆式絕緣子上的固定板、封裝整個接口的接口盒和內(nèi)部傳感器緊固裝置。與傳統(tǒng)安裝方式相比，該接口在插入特高頻傳感器時可緊密貼合與絕緣子澆注口，采用環(huán)氧樹脂密封而無需重復(fù)拆裝澆注口上的金屬螺栓，具有自動緊固傳感器裝置，現(xiàn)場操作方便快捷、抗干擾效果良好，提高檢測的工作效率，可實現(xiàn)GIS局部放電檢測的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，提高GIS局部放電檢測靈敏度和數(shù)據(jù)的可依賴性，確保電力主設(shè)備安全可靠運行。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)接口圖

2 接口的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計

標(biāo)準(zhǔn)接口外部設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)接口盒封裝，如圖2所示，用以無源外置式特高頻局放傳感器的安裝和測試。由于外置式特高頻傳感器在檢測信號時易受外界干擾信號影響，尤其是當(dāng)外部環(huán)境干擾信號與局放信號具有某些類似圖譜特征時，GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)會出現(xiàn)誤判，將外部干擾誤認(rèn)為是局放信號，造成不必要的誤報警。接口盒的材料選擇304不銹鋼，具有信號屏蔽性，因此，將整個特高頻傳感器接口封裝在金屬接口盒內(nèi)，可隔絕外部干擾。

圖2 接口盒外觀圖

同時，304不銹鋼有硬度高強度高等優(yōu)點，具有良好的抗破壞性能，起到有效保護內(nèi)部特高頻傳感器標(biāo)準(zhǔn)接口、環(huán)氧樹脂板等部件的功能，防止環(huán)氧樹脂密封蓋板密封受潮氣影響而導(dǎo)致失去密封效果，影響信號檢測的靈敏度。同時，接口盒側(cè)面設(shè)有用于電纜穿出孔，可供測試電纜穿出，可搭載不同直徑尺寸的測試電纜。

2.2 卡式安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖3為固定板，接口盒需通過底部的固定板牢牢安裝于盆式絕緣子的固定位置，固定板與盆式絕緣子之間采用金屬法蘭螺栓固定方式，固定板四角有螺孔，其尺寸與金屬法蘭盆子上螺栓相匹配，通過卡接結(jié)構(gòu)與盆式絕緣子上的法蘭螺栓緊固，保證測試接口盒牢固安裝于盆式絕緣子上，確保內(nèi)部接口正常使用，不受外力的影響而松動脫落。同時，將測試接口盒安裝在盆式絕緣子固定位置，有助于實現(xiàn)GIS局部放電檢測位置的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化管理，提高GIS局部放電檢測靈敏度和數(shù)據(jù)的可依賴性。

圖3 固定板

2.3 降噪自編碼器蓋板壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)計

接口盒上蓋為鉸鏈旋轉(zhuǎn)設(shè)計，如圖4所示，以鉸鏈為軸，通過旋轉(zhuǎn)上蓋實現(xiàn)接口盒的開啟和關(guān)閉，簡單方便快捷。同時上蓋上設(shè)有鎖扣，上蓋中心設(shè)有壓緊彈簧。當(dāng)進行GIS局部放電測試時，測試人員可直接打開鎖扣掀開封蓋操作，插入特高頻傳感器進行測試后，通過蓋上上端頂蓋并關(guān)閉鎖扣，上蓋帶動壓緊彈簧將提供≥50N的壓力來壓緊特高頻傳感器，即可實現(xiàn)特高頻傳感器的自動固定，免去了傳統(tǒng)測試人員手持傳感器的工作方式，大大減少工作強度，節(jié)約時間。該上蓋也選用304不銹鋼材料，其特性具有屏蔽信號輻射的功能，降低來自外部信號的干擾，成本低廉，具有良好的性能。

圖4 接口盒上蓋

2.4 環(huán)氧樹脂板設(shè)計

為了確保插入接口的外置傳感器可以接收并檢測到所有局部放電信號,接口設(shè)計尺寸與超高頻傳感器的大小保持吻合,以確保超高頻傳感器密切貼合澆注孔表面,減少電磁波在空氣中衰減。同時采用環(huán)氧樹脂板密封澆筑口，采用固定螺母及金屬外殼將環(huán)氧樹脂板固定于澆注口表面，確保樹脂板不脫落不損壞。環(huán)氧樹脂材料具有良好的抗高溫抗潮濕能力，可防止空氣中的潮氣進入GIS內(nèi)部影響其性能。同時又具有良好的穿透性，避免電磁波在傳播過程中衰減，便于從澆注口向外輻射的電磁波被特高頻傳感器捕獲[3]。使用環(huán)氧樹脂板密封澆注口可保持長時間的有效期，無需頻繁維修，確保該接口的長期穩(wěn)定使用。

2.5 位置標(biāo)識碼設(shè)計

標(biāo)準(zhǔn)接口上設(shè)置有可識別測試部位的標(biāo)識牌，該標(biāo)識牌可采用銘牌、位置標(biāo)識碼或二維碼等形式，與GIS局部放電測試程序配套使用可實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化管理，通過掃碼可以快速定位、導(dǎo)入測試設(shè)備地址及快速檢索歷史測試數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)的規(guī)范化管理、歷史數(shù)據(jù)的對比和缺陷定位，提高測試數(shù)據(jù)的有效利用，有助于對歷史測試數(shù)據(jù)進行分析總結(jié)。

3 實驗分析

110kV某變電站110kV GIS設(shè)備安裝了局部放電帶電測試標(biāo)準(zhǔn)接口，為驗證該測試標(biāo)準(zhǔn)接口對于傳感器接收信號的影響以及對于外部信號的抗干擾能力，分別測試安裝該接口前后傳感器接收到的信號幅值進行比對。根據(jù)GIS結(jié)構(gòu)特點，常發(fā)生局放缺陷的位置主要集中在進出線套管、互感器、刀閘及斷路器部件[4]。故測點應(yīng)布置在以上所述部件氣室的絕緣盆子上。

對于55×15的澆注口，采用火嘴模擬內(nèi)部局放源和外部干擾信號，火嘴放置于GIS內(nèi)部，可釋放瞬間的電磁脈沖，從而產(chǎn)生類似局放信號的電磁波。將特高頻傳感器置于環(huán)氧樹脂板表面，無需拆裝澆注口，分別檢測安裝接口前后傳感器接收到的信號幅值。

實驗結(jié)果如圖4所示，圖5（a）為局放源在GIS設(shè)備內(nèi)部時，傳感器接收到的局放PRPS圖譜，圖5（b）為局放源在GIS設(shè)備外部作為干擾信號時，傳感器接收到的局放PRPS圖譜，表1為安裝接口后各參數(shù)對比，結(jié)果顯示安裝測試接口后傳感器接收到的信號幅值明顯高于使用手持傳感器于澆注口測試，證明使用該接口可有效提升檢測靈敏度，提高工作效率。安裝測試接口后傳感器接收到的信號幅值明顯減弱，證明該接口對于外界信號具有良好的屏蔽性，抗干擾能力強。

表1 實驗結(jié)果對比

圖5（a） 內(nèi)部局放源的信號對比

圖5（b） 外部局放源的信號對比

4 結(jié)語

本文通過研究GIS設(shè)備上外置式傳感器傳統(tǒng)安裝方式的不足，設(shè)計了一種GIS局部放電帶電測試標(biāo)準(zhǔn)接口，該接口由固定板、固定螺母、特高頻傳感器接口、壓緊彈簧、鉸鏈、測試接口盒底盒、電纜穿出孔、鎖扣和測試接口盒上蓋組成。分別闡述了標(biāo)準(zhǔn)接口的外觀設(shè)計、卡式安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計、壓緊蓋板結(jié)構(gòu)設(shè)計和環(huán)氧樹脂密封設(shè)計。通過現(xiàn)場案例進行接口的靈敏性和抗干擾性測試分析，結(jié)果表明該接口可有效提升檢測靈敏度，提高工作效率，抗干擾能力強。