涂家棟

（國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司武寧縣供電分公司，江西 九江 332300）

0 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，電能的需求量越來(lái)越大，電力系統(tǒng)電壓等級(jí)也不斷升高，從而電能質(zhì)量的可靠性需要不斷加強(qiáng)。在這種現(xiàn)狀下，SF6氣體絕緣金屬全封閉開(kāi)關(guān)（簡(jiǎn)稱(chēng)GIS）因其占地面積小、運(yùn)行可靠性高、維護(hù)工作量少、檢修周期長(zhǎng)及環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用，成為電網(wǎng)重要設(shè)備之一[1-2]。隨著GIS設(shè)備投入數(shù)量的增加，其故障率也越來(lái)越高，造成停電時(shí)間長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)損失大等不良影響，甚至威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。早期電力系統(tǒng)對(duì)GIS故障的關(guān)注度主要集中在其放電性故障領(lǐng)域，而忽略了在GIS的實(shí)際運(yùn)行中，機(jī)械性故障也是導(dǎo)致設(shè)備事故發(fā)生的一大主要原因，GIS的異常振動(dòng)對(duì)設(shè)備具有很大危害，長(zhǎng)期振動(dòng)可能使螺栓松動(dòng)，造成氣體泄漏、內(nèi)部異物放電等，引發(fā)絕緣事故[3-4]。

文中對(duì)一起220 kV GIS 電壓互感器在例行帶電檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的超聲波局放檢測(cè)異常情況進(jìn)行分析，通過(guò)返廠試驗(yàn)檢測(cè)及解體檢查，判斷故障原因?yàn)檠b配工藝不良造成螺栓緊固不到位導(dǎo)致的氣室內(nèi)部機(jī)械振動(dòng)，并提出針對(duì)性的防范措施與建議，為GIS廠內(nèi)裝配工藝質(zhì)量管控水平提升、現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)異常信號(hào)分析提供經(jīng)驗(yàn)。

1 事件概況

2022 年7 月16 日，對(duì)某站220 kV GIS 進(jìn)行特高頻及超聲波局放檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)220 kV IIA 母電壓互感器A相氣室存在超聲波異常信號(hào)，信號(hào)幅值較背景幅值偏大，疑似機(jī)械振動(dòng)。7月30日對(duì)該電壓互感器氣室再次進(jìn)行特高頻及超聲波局放檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)仍存在同類(lèi)型超聲波異常信號(hào)，信號(hào)幅值最大點(diǎn)位于氣室底部（如圖1 所示），達(dá)到240 mV，100 Hz 頻率相關(guān)性較強(qiáng)，信號(hào)特征圖如圖2 所示，且信號(hào)幅值圖符合機(jī)械振動(dòng)典型圖譜特征；該氣室未發(fā)現(xiàn)特高頻異常信號(hào)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果及電壓互感器結(jié)構(gòu)原理，初步判斷該氣室內(nèi)部可能存在螺栓松動(dòng)或鐵芯勵(lì)磁特性異常。聯(lián)系廠家對(duì)220 kV IIA 母電壓互感器A 相氣室進(jìn)行更換處理并將其返廠待進(jìn)一步解體分析。

圖1 異常設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)圖

圖2 超聲波信號(hào)最強(qiáng)點(diǎn)處幅值圖

該異常設(shè)備為江蘇思源赫茲互感器有限公司生產(chǎn)，設(shè)備型號(hào)為JDQXFH-220，生產(chǎn)日期為2019 年7月，投運(yùn)日期為2019年10月。

2 異常設(shè)備返廠處理情況

將220 kV IIA 母電壓互感器A 相氣室更換后，為進(jìn)一步分析設(shè)備異常原因，2022 年9 月16 日，于江蘇思源赫茲互感器公司試驗(yàn)大廳對(duì)異常設(shè)備開(kāi)展試驗(yàn)檢測(cè)及解體檢查分析工作。

2.1 異常設(shè)備解體前測(cè)試情況

2.1.1 異常設(shè)備超聲波局放檢測(cè)

模擬設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝方式及運(yùn)行情況，將設(shè)備接入試驗(yàn)工裝，一次側(cè)加壓，二次側(cè)帶額定負(fù)載，在80%、100%、120%額定運(yùn)行電壓下，分別對(duì)設(shè)備底部進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 80%、100%、120%額定運(yùn)行電壓下超聲波測(cè)試結(jié)果

測(cè)試點(diǎn)分布如圖3所示。

圖3 異常設(shè)備超聲波局放測(cè)試點(diǎn)

2.1.2 異常設(shè)備脈沖電流法局部放電檢測(cè)

對(duì)異常設(shè)備進(jìn)行脈沖電流法局放測(cè)試，施加預(yù)加電壓460 kV，后下降至368 kV，局放測(cè)試結(jié)果為3.3 pC，滿足GIS設(shè)備局放要求。

綜上所述，該電壓互感器氣室內(nèi)部存在異常超聲波信號(hào)，但無(wú)放電信號(hào)，判斷該氣室內(nèi)部存在機(jī)械振動(dòng)。

2.2 異常設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)解體情況

為進(jìn)一步確定設(shè)備異常原因，對(duì)設(shè)備進(jìn)行氣體回收、解體檢查（見(jiàn)圖4）。

圖4 異常設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

觀察殼體與底座固定螺栓緊固線無(wú)偏移，螺栓無(wú)松動(dòng)；將設(shè)備殼體拆卸，觀察鐵芯與底座的固定螺栓、鐵芯穿芯螺桿固定螺栓緊固線均無(wú)偏移，所有螺栓均無(wú)松動(dòng)；線圈、屏蔽件固定可靠無(wú)松動(dòng)，引線固定無(wú)外露；鐵芯疊片平整，無(wú)明顯錯(cuò)位和縫隙。

按照螺栓裝配時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)力矩，對(duì)所有螺栓進(jìn)行復(fù)緊：使用力矩扳手對(duì)鐵芯與底座連接的4 個(gè)螺栓加120 N·m 力矩值復(fù)緊，其中鐵芯與底座一處固定螺栓（對(duì)應(yīng)圖4中三號(hào)底座螺栓）的螺栓緊固線出現(xiàn)約5 mm偏移（如圖5 所示），其余3 個(gè)部位的螺栓緊固線無(wú)偏移；使用力矩扳手對(duì)鐵芯穿芯螺桿緊固部位的螺栓加35 N·m力矩值復(fù)緊，其中最上方存在1處穿芯螺桿螺栓緊固線出現(xiàn)較大偏移（對(duì)應(yīng)圖4 中的1 號(hào)穿芯螺桿螺栓），旋轉(zhuǎn)將近90°（如圖5 所示），其余部位的螺栓緊固線均無(wú)偏移現(xiàn)象。

圖5 鐵芯與底座固定螺栓、鐵芯穿芯螺桿螺栓緊固不到位

2.3 設(shè)備重新裝配后復(fù)測(cè)情況

將兩處螺栓重新復(fù)緊，將設(shè)備重新裝配，并進(jìn)行抽真空、充氣處理；加120%額定運(yùn)行電壓后進(jìn)行超聲波復(fù)測(cè)；測(cè)得超聲波信號(hào)幅值正常，最大時(shí)幅值為0.8 mV，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 異常設(shè)備超聲波局放復(fù)測(cè)結(jié)果

2.4 設(shè)備勵(lì)磁特性試驗(yàn)

為進(jìn)一步判斷鐵芯勵(lì)磁是否存在問(wèn)題，對(duì)該異常設(shè)備進(jìn)行勵(lì)磁特性測(cè)試，檢測(cè)結(jié)果如表3和圖6所示，與設(shè)備出廠數(shù)據(jù)對(duì)比（如圖7 所示），無(wú)明顯偏差，排除設(shè)備鐵芯勵(lì)磁特性異常情況。

表3 異常設(shè)備（解體重裝后）勵(lì)磁特性數(shù)據(jù)

圖6 異常設(shè)備（解體重裝后）勵(lì)磁特性曲線

圖7 異常設(shè)備（出廠試驗(yàn)）勵(lì)磁特性數(shù)據(jù)

對(duì)異常設(shè)備進(jìn)行解體檢查，設(shè)備內(nèi)部所有螺栓均未發(fā)現(xiàn)松動(dòng)、標(biāo)記線移位情況。使用力矩扳手按標(biāo)準(zhǔn)力矩值進(jìn)行復(fù)緊，發(fā)現(xiàn)鐵芯與底座的一處固定螺栓和鐵芯一處穿心螺桿固定螺栓力矩值不滿足螺栓裝配的力矩值要求，發(fā)生位移。對(duì)兩處問(wèn)題螺栓緊固后復(fù)檢，振動(dòng)信號(hào)消失，且復(fù)緊后鐵芯勵(lì)磁特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)與出廠時(shí)數(shù)據(jù)相比并無(wú)明顯差異。由此可知，此次電壓互感器氣室超聲波信號(hào)異常情況是由于氣室內(nèi)部螺栓緊固不到位導(dǎo)致的。

3 原因分析

結(jié)合返廠檢查及試驗(yàn)結(jié)果，分析該次電壓互感器A 相異常振動(dòng)的原因?yàn)椋貉b配過(guò)程中廠家技術(shù)人員未按照規(guī)范的操作流程及要求安裝螺栓，底座固定螺栓和鐵芯穿心螺桿緊固力矩不滿足要求，鐵芯和夾件間因緊力不足產(chǎn)生間隙，設(shè)備運(yùn)行時(shí)，在電磁力作用下出現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)情況，超聲波測(cè)試儀檢測(cè)出異常信號(hào)。

4 結(jié)語(yǔ)

該次GIS電壓互感器超聲波局放異常事件暴露出廠家對(duì)設(shè)備的裝配環(huán)節(jié)管控不到位，技術(shù)人員未按操作要求緊固標(biāo)準(zhǔn)件，且在裝配后未開(kāi)展關(guān)鍵工藝復(fù)查，未及時(shí)發(fā)現(xiàn)螺栓夾緊力不足的問(wèn)題；驗(yàn)證了出廠試驗(yàn)中，常規(guī)的脈沖電流法局部放電試驗(yàn)與超聲波局部放電檢測(cè)相比，無(wú)法有效檢出該類(lèi)型機(jī)械振動(dòng)缺陷，導(dǎo)致問(wèn)題設(shè)備入網(wǎng)。針對(duì)該次異常事件提出如下防范措施與建議：

1）廠家應(yīng)完善設(shè)備安裝階段的質(zhì)量控制，加強(qiáng)安裝人員培訓(xùn)，對(duì)關(guān)鍵工藝除制定工藝管控卡等過(guò)程管理措施外，還應(yīng)在安裝完成后，設(shè)置復(fù)檢環(huán)節(jié)，重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)螺栓力矩的檢查。

2）GIS設(shè)備出廠試驗(yàn)宜增加超聲波檢測(cè)要求，對(duì)存在異常振動(dòng)信號(hào)的電壓互感器等關(guān)鍵氣室，應(yīng)確認(rèn)振動(dòng)原因并處理，杜絕問(wèn)題設(shè)備出廠。