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        一起220kV變電站GIS設(shè)備局部放電缺陷的診斷分析

        2022-07-27 00:30:42國網(wǎng)湖北省電力有限公司十堰供電公司
        電力設(shè)備管理 2022年12期
        關(guān)鍵詞:閘刀示波器圖譜

        國網(wǎng)湖北省電力有限公司十堰供電公司 胡 丹

        1 引言

        目前,在一些新投建的大型變電站中大多采用安裝GIS設(shè)備,其主要原因在于GIS設(shè)備具有整體結(jié)構(gòu)布置緊湊、設(shè)備占地面積較少、性能可靠性高、故障率低等特征。工程實踐中,GIS內(nèi)部存在局部放電、絕緣破損的現(xiàn)象,由于本體設(shè)計緊湊的原因,對于停電檢查和運維的工作量相對較大。因此,需要對GIS設(shè)備進行實時可疑的內(nèi)部放電信號的檢測,關(guān)注GIS的運行狀態(tài),避免不良事故發(fā)生[1]。其中,超聲波(AE)法、特高頻(UHF)法是目前GIS內(nèi)局部放電信號的檢測較為常見的兩種檢測方法。

        文獻[2]論述了在GIS殼體上安裝超聲波(AE)檢測器,通過檢測聲音及振動,實現(xiàn)對GIS內(nèi)局部放電信號的檢測。文獻[3]通過特高頻傳感器檢測GIS設(shè)備的局部放電引起的電磁波信號,基于電磁波信號頻帶的存在高低峰值,也就能夠有效避免一些常見的電磁干擾,實現(xiàn)放電引起的電磁波信號的檢測。文獻[4]研究變電站高壓電設(shè)備的局部放電檢測方法時,驗證了同時聯(lián)合應(yīng)用超聲波(AE)法和特高頻(UHF)法檢測放電信號,可以提高檢測精準性。為此,本文通過以某220kV變電站2號主變A相正母閘刀氣室,局部放電缺陷利用超聲波和特高頻檢測分析案例,精準診斷定位此起220kV變電站GIS內(nèi)部局部放電信號源。

        2 GIS局部放電原理及常見檢測方法

        目前,在GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電故障中,尖端放電和懸浮放電是較為常見的兩種。GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電是因為部分GIS設(shè)備,由于生產(chǎn)加工或者安裝調(diào)試過程中,GIS設(shè)備內(nèi)部的殼體由于多種客觀原因?qū)е鲁霈F(xiàn)可能出現(xiàn)一些毛刺或者尖端。在強電場的作用中,這些毛刺或者尖端一旦集中,就會強度擊穿GIS設(shè)備內(nèi)部的六氟化硫氣體,同時也就伴隨放電現(xiàn)象的產(chǎn)生。

        基于此種現(xiàn)象定義為尖端放電,而所述的這種尖端放電同時也會激發(fā)大量的能量,若六氟化硫氣體將此激發(fā)的能量吸收后,就會對其六氟化硫氣體產(chǎn)生分解,最終將影響絕緣性能。此外,在這種尖端放電的這種情況下,GIS設(shè)備中的某一相就存在釋放電弧導致電極導電桿發(fā)生單相接地短路故障,同時也存在相間短路故障。上文所述中的短路故障最終將擊穿設(shè)備外殼燒傷電極導電桿。懸浮放電故障通常是因為GIS內(nèi)部一些連接部件松弛也所導致,一般情況下,GIS內(nèi)部所屬連接部件附加的電壓低于電極導電桿電壓,但是連接部件附加的電壓高于地電位,由于存電位差的存在也就相應(yīng)存在一個懸浮電位,基于此種現(xiàn)象定義為懸浮放電。

        2.1 超聲波(AE)檢測原理

        一般情況下,若GIS內(nèi)部存在局部放電缺陷時,都伴隨異常振動和異常聲音的出現(xiàn)。在設(shè)備正常運行中內(nèi)部的平均應(yīng)力和電場應(yīng)力是處于平衡狀態(tài)。但是出現(xiàn)局部放電時,所產(chǎn)生的電荷就會瞬間釋放和游離移動,打破內(nèi)部原有的平衡狀態(tài),同時還會在介質(zhì)周圍出現(xiàn)振蕩變化,進而引發(fā)周圍介質(zhì)的異常振動激發(fā)出聲波信號。為此,所使用得超聲波(AE)探儀就能檢測到這些異常振動所激發(fā)的聲波信號,此種檢測方法的優(yōu)點在于傳感器可以受到電磁波信號的干擾,但是缺點就是容易受到其他設(shè)備振動的影響。通常在對設(shè)備檢測時,超聲波(AE)探測儀都是連接于設(shè)備殼體表面上,同時還使用一些用粘接劑粘合以防止其他設(shè)備振動引起的干擾。超聲波(AE)檢測整體實施過程主要通過檢測儀傳感器,將檢測到聲波信號轉(zhuǎn)換為模擬信號后,將此模擬信號傳輸?shù)綑z測儀主服務(wù)器,基于I/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換處理,最后實現(xiàn)連接界面直觀顯示。

        2.2 特高頻(UHF)檢測原理

        當GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時,會同時發(fā)出聲波和電磁脈沖信號。其中,電磁脈沖信號發(fā)射非常短,但是電磁脈沖信號存在一個沿波形信號的增強而增強的特點,基于此特點可以激發(fā)多個頻帶的電磁波。若GIS因內(nèi)部絕緣問題所誘發(fā)的局部放電故障時,所激發(fā)多個頻帶的電磁波在傳播過程中遇到環(huán)氧樹脂等非金屬材料時,會通過部件向外部傳播,此時的高頻傳感器就能檢測到。

        2.3 GIS檢測平臺搭建

        首先通過超聲波(AE)檢測數(shù)據(jù)和特高頻(UHF)檢測數(shù)據(jù)等檢測數(shù)據(jù)分析,然后結(jié)合示波器10ms圖譜進行設(shè)備局部放電信號類型的確立,在干擾排除的前提下,通過特高頻(UHF)定位和聲電聯(lián)合定位分析,最后確定GIS中局部放電的精準位置源。

        3 案例闡述

        3.1 現(xiàn)狀概況

        2018年08月16日至2018年08月20日,對某220 kV變電站GIS設(shè)備的局部放電缺陷進行超聲波(AE)和特高頻(UHF)局放電帶電檢測,檢測情況如下:

        在2號主變220kV A相正母閘刀氣室檢測到異常特高頻(UHF)及超聲波(AE)信號。示波器顯示特高頻(UHF)信號的峰值為1.88V、超聲波(AE)信號的峰值為3V,綜合二者數(shù)據(jù)的判斷確立為GIS設(shè)備的局部類型為金屬性懸浮放電,同時還伴隨絕緣放電。經(jīng)聲電聯(lián)合定位于2號主變220kV A相正母閘刀靠正母側(cè)盆子。

        3.2 檢測數(shù)據(jù)分析

        2號主變220kV A相正母閘刀氣室檢測數(shù)據(jù)分析如下:

        3.2.1 超聲波(AE)檢測數(shù)據(jù)分析

        2號主變220kV A相正母閘刀氣室存在異常超聲波(AE)信號,信號峰值最大為354mV,頻率2始終高于頻率1,每周期出現(xiàn)2組脈沖波形,相位分布廣,判斷為金屬性懸浮放電,最大值位于2主變220kV A相正母閘刀氣室靠母線側(cè)盆子。

        3.2.2 特高頻(UHF)檢測數(shù)據(jù)分析

        在2號主變220kV A相開關(guān)氣體室中檢測到異常特高頻(UHF)信號,其信號峰值最大為66dB,每周期存在2組信號,相位寬,峰值大,判斷為金屬性懸浮放電,伴隨絕緣放電。

        3.3 設(shè)備局部放電信號類型分析

        2號主變220kV A相正母閘刀氣室,由示波器10ms圖譜如圖1所示,特高頻(UHF)最大幅值1.88V,超聲波(AE)最大幅值3V;在特高頻(UHF)頻譜中,每一個周期存在2個簇的脈沖信號,在每個簇的脈沖數(shù)較少,同時示波器聲電圖譜部分脈沖對應(yīng),為此得出結(jié)論為:局部類型為金屬性懸浮放電并伴有絕緣放電。

        圖1 示波器10ms波形圖

        3.4 診斷定位分析

        3.4.1 干擾排除

        根據(jù)圖2可以看出,傳感器在GIS外殼的安裝位置及發(fā)生故障后的示波器圖譜,黃色傳感器的位置始終保持固定不變,通過調(diào)整紅色傳感器的安裝位置,從示波器圖譜中可以看出:黃色信號比紅色信號超前,判斷局放電來自GIS內(nèi)部。

        圖2 GIS傳感器布置及示波器圖譜

        3.4.2 特高頻(UHF)定位

        傳感器就地布置圖/示波器圖譜如圖3所示,由(b)示波器圖譜圖中可知,紅色信號波形與黃色信號波形在起始點存在時域差,即Δ=4.72ns,通過實時就地測距紅色、黃色傳感器相距1.92m。通過時差定位法判斷,信號來源可能位于黃色、紅色傳感器之間區(qū)域段,再經(jīng)過精準測距與紅色傳感器相距60cm,如圖3(a)中“紅色”標注處所示。

        圖3 傳感器布置圖/示波器圖譜

        通過圖4中示波器圖譜可以看出:黃色波形起始沿與紅色波形起始沿重合,可以判斷出信號源處于紅、黃傳感器的中間,通過測算分析,信號源位于2號主變220kV A相正母閘刀氣室,如圖4中“紅色”標記位置所示。

        圖4 傳感器布置圖/示波器圖譜

        經(jīng)過傳感器多個位置分別定位,信號源定位位置基本一致,定位于2號主變220kV A相正母閘刀靠母線側(cè)盆子區(qū)域。

        3.4.3 聲電聯(lián)合定位分析

        定位一。傳感器就地布置圖/示波器圖譜如圖5所示,三種不同顏色的超聲波信號的起始一段時間范圍內(nèi)特高頻信號基本一致,但是在測試后時間段內(nèi)就出現(xiàn)很大的差異,經(jīng)分析計算結(jié)果得出:局部放電位置判斷為位于紅色、黃色傳感器之間部位位置。

        圖5 傳感器布置圖/示波器圖譜

        定位二。從圖6示波器圖譜可以看出,綠色超聲波(AE)信號比紅色、黃色超聲波(AE)信號均超期很多,由此可以分析得出:并且表示局部發(fā)電信號位置在綠色傳感器范圍附近。

        圖6 傳感器布置圖/示波器圖譜

        定位三。從圖7示波器圖譜可以看出,綠色超聲波(AE)信號比黃色、紅色超聲波(AE)信號超前很多,與特高頻(UHF)信號的時差最小3.6us,環(huán)氧樹脂中的超聲波(AE)的傳播速度大2550m/s,計算出放電距離綠色超聲波(AE)傳感器0.89cm。

        圖7 傳感器布置圖/示波器圖譜

        4 結(jié)語

        通過闡述超聲波(AE)、特高頻(UHF)兩種檢測GIS內(nèi)部故障的方法,兩種方法均有各自的優(yōu)、缺點,若僅僅依靠一種傳感器進行檢測,則很難區(qū)分故障性質(zhì)及排除其他可能發(fā)生的故障,對檢測結(jié)果反應(yīng)不夠真實。因此,本文結(jié)合某220kV變電站GIS內(nèi)部局部放電檢測的應(yīng)用實例,同時使用兩種檢測方法進行檢測,從試驗結(jié)果來看:兩種方法聯(lián)合使用,對判斷、排除外部信號干擾效果顯著,對真實信號檢測的準確度高、可靠性高。

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