張 月，王慶洪，關(guān)澤磊，梅興東，高 明

（1.海洋裝備用金屬材料及其應(yīng)用國家重點(diǎn)實(shí)驗室；2.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院；3.鞍鋼股份能源環(huán)保部，遼寧鞍山 114009）

引言

氣體絕緣開關(guān)設(shè)備（GIS）是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的一種關(guān)鍵設(shè)備，該設(shè)備將變電站中的電流互感器、電壓互感器、隔離開關(guān)、斷路器、接地開關(guān)、母線、套管等設(shè)備全部封閉在金屬接地的筒狀殼體中，在筒體中充入具有高絕緣性能的SF6氣體［1］。GIS 設(shè)備因結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、防灰塵、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用［2］。但GIS 設(shè)備為純密封性結(jié)構(gòu)，因此，難以如傳統(tǒng)敞開式設(shè)備一樣開展各項預(yù)防性試驗，及時發(fā)現(xiàn)潛在問題。GIS 設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作場強(qiáng)很高，內(nèi)部一旦出現(xiàn)絕緣問題，極易造成設(shè)備故障，引起大面積停電。針對上述問題，采用超聲波法局部放電帶電檢測技術(shù)可有效診斷GIS設(shè)備的潛在問題，消除故障，避免事故，對電網(wǎng)安全運(yùn)行具有非常重要的意義。

1 檢測原理

GIS 組合電器設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電時，放電點(diǎn)周圍的電場應(yīng)力、介質(zhì)應(yīng)力、粒子力將失去平衡，分子間劇烈碰撞并在宏觀上瞬間形成一種壓力，產(chǎn)生超聲波脈沖，由于超聲波的波長較短，方向性較強(qiáng)，因此能量較為集中［3］。GIS組合電器超聲波局部放電檢測法是利用超聲波傳感器對GIS中發(fā)生局部放電時產(chǎn)生的超聲波信號進(jìn)行檢測，通過檢測到的超聲波信號來診斷GIS內(nèi)部局部放電缺陷。超聲波局部放電檢測法具有抗電磁干擾影響、定位方便、檢測結(jié)果直觀等優(yōu)點(diǎn)。

2 檢測流程

2.1 準(zhǔn)備工作

GIS 設(shè)備外殼應(yīng)可靠接地，被檢設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備上應(yīng)無外部作業(yè)，金屬外殼清潔、無覆冰，設(shè)備內(nèi)部氣體壓力正常。檢查儀器設(shè)備、工器具完整性，保證儀器電量充足。按要求連接好超聲波傳感器、檢測儀器主機(jī)等各部件。檢測前應(yīng)記錄檢測相關(guān)信息，同時記錄好測試環(huán)境信息。

2.2 檢測流程

GIS 組合電器設(shè)備超聲波法局放帶電檢測流程見圖1。

圖1 GIS組合電器設(shè)備超聲波法局放帶電檢測流程圖

（1）先將超聲波傳感器懸浮于空氣中，調(diào)節(jié)儀器到合適的量程，測量并記錄空間背景噪聲值，保存背景噪聲圖譜。

（2）在傳感器與測點(diǎn)部位間均勻涂抹專用耦合劑，放置超聲波傳感器并適當(dāng)施加壓力，以盡可能減小檢測信號的衰減，測量時傳感器應(yīng)與GIS 殼體保持相對靜止。

（3）打開連接超聲波傳感器的檢測通道進(jìn)行測試，每個測點(diǎn)測試時間不少于15 s。記錄有效值、峰值、50 Hz 和100 Hz 相關(guān)性等測試數(shù)據(jù)，保存圖譜圖片，并記錄圖譜編號。

（4）如檢測到的超聲波信號與背景信號一致，則判斷為正常，退出并改變檢測位置繼續(xù)下一點(diǎn)檢測。

（5）當(dāng)檢測信號與背景信號相差較大，首先要排除外部可能存在的超聲波干擾源，如GIS 室內(nèi)風(fēng)機(jī)噪聲、電動機(jī)噪聲、環(huán)境內(nèi)的施工作業(yè)噪聲等，并采取必要措施予以排除。

（6）將異常部位的檢測信號和相鄰區(qū)域信號進(jìn)行比較，確定是否有明顯異常。如其他部位均存在異常信號可認(rèn)為是干擾信號，反之，則為局放信號。

（7）當(dāng)確定是局放信號時，在連續(xù)檢測模式下，檢測到峰值或有效值較大，而50 Hz 和100 Hz 頻率不明顯時，進(jìn)入脈沖檢測模式進(jìn)行確認(rèn)。如存在明顯50 Hz 或100 Hz 頻率成分時，可進(jìn)入相位檢測模式進(jìn)一步分析異常。

（8）檢測完成后，測試儀器對檢測信號相應(yīng)檢測模式下的圖譜進(jìn)行保存。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 檢測對象

使用上海某公司絕緣狀態(tài)檢測儀對66 kV 變電站母線及母聯(lián)GIS組合電器進(jìn)行超聲波局放帶電檢測。GIS 設(shè)備三相共筒，為戶內(nèi)布置，現(xiàn)場檢測環(huán)境溫度為21 ℃，濕度為40%。

3.2 檢測數(shù)據(jù)

對66 kV 變電站母線及母聯(lián)組合電器進(jìn)行超聲波局部放電檢測。先將超聲波傳感器懸浮于空氣中，測量空間背景噪聲值，記錄具體數(shù)值，保存背景噪聲圖譜。在變電站Ⅰ母、Ⅱ母組合電器上均設(shè)置4 個測試點(diǎn)，檢測點(diǎn)所測超聲波信號的周期峰值、有效值、50 Hz 相關(guān)值、100 Hz 相關(guān)值檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 66 kV變電站母線及母聯(lián)GIS組合電器超聲波檢測數(shù)據(jù)表 mV

由表1 可知，Ⅰ母線測點(diǎn)3 信號幅值最大，測點(diǎn)3 檢測的連續(xù)檢測圖譜和相位檢測圖譜見圖2、圖3。

圖2 Ⅰ母測點(diǎn)3超聲波連續(xù)檢測圖譜

圖3 Ⅰ母測點(diǎn)3超聲波相位檢測圖譜

3.3 故障診斷

根據(jù)圖2超聲波連續(xù)檢測圖譜分析，Ⅰ母測點(diǎn)3超聲波信號幅值11.1 mV，遠(yuǎn)高于背景值0.53 mV，頻率成分1（50 Hz）及頻率成分2（100 Hz）相關(guān)值明顯，且頻率成分2 相關(guān)值>頻率成分1 相關(guān)值。經(jīng)超聲波相位檢測圖譜確認(rèn)，Ⅰ母測點(diǎn)3 超聲波檢測信號在0～360°相位特征明顯，正負(fù)半周出現(xiàn)雙峰特點(diǎn)，且幅值相當(dāng)。連續(xù)復(fù)測三次，異常信號仍然存在，相位特征、幅值無明顯變化。綜合超聲波連續(xù)檢測圖譜和相位檢測圖譜，初步判斷測點(diǎn)3 附近的母線氣室存在懸浮放電。對該GIS母線氣室進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)Ⅰ母測點(diǎn)3 氣室支撐絕緣件附近有片狀燒蝕痕跡，經(jīng)分析應(yīng)是由于母線氣室B 相支撐絕緣件松動，引起懸浮放電，將金屬部件燒蝕，如繼續(xù)長期運(yùn)行下去，極易導(dǎo)致絕緣擊穿故障。更換缺陷部件，對異常信號部位進(jìn)行復(fù)測，超聲信號有效值0.3 mV，峰值0.5 mV，無相位相關(guān)性，據(jù)此可判斷內(nèi)部局放信號消失，設(shè)備運(yùn)行恢復(fù)正常。母線氣室放電痕跡見圖4。

圖4 母線氣室放電痕跡

4 結(jié)論

超聲波局放帶電檢測是新型的帶電檢測技術(shù)，與傳統(tǒng)的電力預(yù)防性試驗檢測相比，具有無需停電、靈活性強(qiáng)、試驗時間短等諸多優(yōu)點(diǎn)，更適合長流程鋼廠。其能夠及時發(fā)現(xiàn)GIS 設(shè)備潛在缺陷，在局部放電發(fā)展為絕緣擊穿之前，開展檢修消缺工作，可有效地解決GIS設(shè)備在無法拆卸情況下內(nèi)部故障排查的難題，避免發(fā)生重大、突發(fā)停電事故，延長GIS 設(shè)備使用壽命，確保供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對于提高電網(wǎng)運(yùn)行效率具有十分重要的意義。