淺談HGIS設(shè)備局部放電缺陷的判斷及處理方法

張曉杰

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 江門(mén)供電局

摘要：本文首先分析了HGIS設(shè)備相比傳統(tǒng)的GIS（全封閉組合高壓電器）的優(yōu)點(diǎn)。并闡述了HGIS設(shè)備局部放電缺陷的判斷方法原理以及如何處理。局部放電檢測(cè)對(duì)于保證HGIS設(shè)備的運(yùn)行以及對(duì)設(shè)備內(nèi)部潛在缺陷判斷方面扮演著重要角色。本文通過(guò)闡述和分析HGIS設(shè)備局部放電缺陷，提供了一些方法和經(jīng)驗(yàn)，以期冀可以為相關(guān)專(zhuān)業(yè)或同行帶來(lái)一些參考及借鑒。

關(guān)鍵詞：HGIS；設(shè)備；局部放電；缺陷 方法

1.引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，以及日益增長(zhǎng)的電力需求，人們對(duì)于電網(wǎng)可靠性的要求不斷增高，同時(shí)由于電網(wǎng)建設(shè)用地的需求不斷增大，建立緊湊型變電站并使其更智能、更可靠成為當(dāng)今電網(wǎng)發(fā)展的新方向。2003年，首臺(tái)HGIS（HGIS-Hybrid Gas Insulated）設(shè)備投入中國(guó)市場(chǎng)開(kāi)始商業(yè)運(yùn)行，由于HGIS設(shè)備具有性價(jià)比高、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠易于安裝維修方便等特點(diǎn)，受到廣大電力用戶和企業(yè)的歡迎。目前HGIS 設(shè)備已在我國(guó)多個(gè)電網(wǎng)應(yīng)用。然而由于我國(guó)HGIS設(shè)備在應(yīng)用于變電站研究方面起點(diǎn)比較低，技術(shù)設(shè)備落后，在設(shè)計(jì)、調(diào)試運(yùn)行等方面經(jīng)驗(yàn)不足，不能很好地把握設(shè)備的原理和運(yùn)行中危險(xiǎn)點(diǎn)。同時(shí)隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)HGIS 設(shè)備需求不斷增大，但由于行業(yè)魚(yú)龍混雜，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，由于原件選擇不當(dāng)、裝配工藝不過(guò)關(guān)等造成的電網(wǎng)事故明顯上升。因此對(duì)HGIS 設(shè)備開(kāi)展局部放電監(jiān)測(cè)很有必要，可以及時(shí)消除安全隱患，保障電網(wǎng)的正常運(yùn)行。本文通過(guò)闡述和分析HGIS設(shè)備局部放電缺陷，提供了一些方法和經(jīng)驗(yàn)，以期冀可以為相關(guān)專(zhuān)業(yè)或同行帶來(lái)一些參考及借鑒。

2.HGIS設(shè)備簡(jiǎn)介

2.1 HGIS設(shè)備的特點(diǎn)

HGIS是通過(guò)將AIS與GIS的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合改良而出的一種混合型的GIS設(shè)備。其結(jié)構(gòu)與GIS設(shè)備基本一樣，參照敞開(kāi)式間隔劃分標(biāo)準(zhǔn)，HGIS設(shè)備最鮮明的特點(diǎn)是將電流互感器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)等元器件參照GIS形式分相組合在一個(gè)封閉金屬殼體內(nèi)，并由出線套管通過(guò)軟導(dǎo)線與敞開(kāi)式電壓互感器和敞開(kāi)式母線及和避雷器進(jìn)行電氣連接，布置成混合型變電裝置。HGIS設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，安裝檢修方便，主要是由于母線不安放在SF6氣室內(nèi)。HGIS設(shè)備應(yīng)用于電力電網(wǎng)建設(shè)中不僅對(duì)常規(guī)GIS設(shè)備占地面積大，外漏部件多、維護(hù)難度大等方面得到提升，而且HGIS設(shè)備更具備性價(jià)比高、線路連接簡(jiǎn)單運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)。

2.2 HGIS與GIS的區(qū)別

HGIS設(shè)備的形式和主要功能幾乎完全借鑒了GIS設(shè)備。HGIS設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)是安全可靠、抗震能力強(qiáng)、適應(yīng)環(huán)境的能力強(qiáng)、維護(hù)費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)便等。HGIS設(shè)備采用了軟導(dǎo)線與敞開(kāi)式電壓互感器和敞開(kāi)式母線及和避雷器進(jìn)行電氣連接方式，因此費(fèi)用只有GIS設(shè)備的65%左右。假如一座變電站采用GIS設(shè)備，因?yàn)镚IS設(shè)備的母線和內(nèi)部變電氣室的造價(jià)比較高，所以當(dāng)要延長(zhǎng)出線時(shí)，就必須對(duì)GIS內(nèi)部氣室進(jìn)行重新規(guī)劃，這些將使成本造價(jià)大大提高，并且在后期變電站需要擴(kuò)建或重新規(guī)劃時(shí)，往往GIS設(shè)備會(huì)導(dǎo)致改造工序比較復(fù)雜，還會(huì)造成大面積停電，投資成本也會(huì)比較高。而HGIS設(shè)備利用的是敞開(kāi)式母線結(jié)構(gòu)，變電站后期擴(kuò)容時(shí)不必對(duì)內(nèi)部電氣室進(jìn)行改造，僅僅需要對(duì)母線采取延長(zhǎng)操作即可，不僅改造工序簡(jiǎn)單而且減少投資量，改造周期也相比GIS設(shè)備比較短，無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間大面積停電，降低了由于停電造成的損失，保障了電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

3.造成HGIS 設(shè)備內(nèi)部局部放電的主要原因

絕緣制造技術(shù)不達(dá)標(biāo)、安裝環(huán)境不良以及HGIS 設(shè)備內(nèi)部不潔凈等都會(huì)造成HGIS 設(shè)備存在缺陷，導(dǎo)致HGIS 設(shè)備內(nèi)部局部放電。主要存在以下情況：（1）HGIS 設(shè)備絕緣體內(nèi)殘存有金屬顆粒；（2）導(dǎo)體或絕緣體內(nèi)存在突出物；（3）導(dǎo)體接觸不良；（4）絕緣體表面殘存的固定微粒；（5）絕緣體殘缺可能存有氣隙裂紋等；（6）存有懸浮電位體。

4局部放電缺陷的判斷的主要方法

4.1超聲波法

當(dāng)HGIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)使氣室周?chē)鷾囟壬?，劇烈碰撞的分子瞬時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力，從而產(chǎn)生擾動(dòng)并以聲波的形式傳播即超聲波脈沖，類(lèi)型主要包括橫波，縱波和表面波。HGIS 設(shè)備中只有縱波沿氣體方向傳播，這種超聲縱波按照球面波的形式以特定的速度向四周傳播。因?yàn)槌暡ň哂休^短的波長(zhǎng)，所以這種超聲波具有較強(qiáng)的方向性，因此這種超聲波的能量比較集中，想要檢測(cè)到這種沿金屬傳播的超聲波可以利用特制的聲探頭便可檢測(cè)到，通過(guò)這種方法就可間接檢測(cè)到HGIS設(shè)備內(nèi)部的局部放電。這種方法其實(shí)就是在HGIS 設(shè)備外部加裝傳感器，調(diào)節(jié)傳感器的諧振范圍在20～100 kHz內(nèi)。特別是對(duì)于移動(dòng)顆粒，此方法比傳統(tǒng)的測(cè)量法和UHF 法更具有優(yōu)越性，具有更高的靈敏度。利用超聲波檢測(cè)局部放電的主要特點(diǎn)有：（1）通過(guò)HGIS 設(shè)備體外傳感器，操作方便，使用簡(jiǎn)單快捷；（2）能夠很好的依據(jù)超聲信號(hào)的時(shí)差和減弱來(lái)檢測(cè)，達(dá)到定位局部放電的目的；（3）由于有效檢測(cè)范圍有限，超聲傳感器檢測(cè)點(diǎn)較多，因此效率較低；（4）具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力；（5）因多數(shù)局部放電超聲信號(hào)較微弱，超聲信號(hào)在傳播方向上衰減速度較快，所以大多數(shù)情況下檢測(cè)的靈敏度比較低；（6）可以通過(guò)超聲信號(hào)的頻率、波形和減弱等特點(diǎn)進(jìn)行局部放電診斷。

4.2化學(xué)監(jiān)測(cè)法

化學(xué)監(jiān)測(cè)法通過(guò)分析氣體分解物的含量來(lái)確定HGIS 局部放電程度。影響化學(xué)監(jiān)測(cè)法檢測(cè)結(jié)果的因素比較多，因此化學(xué)監(jiān)測(cè)發(fā)靈敏度較低。影響因素主要有（1）當(dāng)斷路器接通斷開(kāi)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生電弧，這些電弧造成的氣體生成物將會(huì)嚴(yán)重影響檢測(cè)結(jié)果。（2）SF6氣體會(huì)大量稀釋脈沖放電產(chǎn)生的分解物。（3）HGIS設(shè)備中的吸附劑和干燥劑也會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用中，只有當(dāng)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生了大范圍的閃絡(luò)故障，并且釋放出大量SO2、HF 等分解物時(shí)，化學(xué)監(jiān)測(cè)法才有效。

4.3超高頻法

當(dāng)局部放電在HGIS設(shè)備中發(fā)生時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很陡的電流脈沖，并以電磁波的形式向四周擴(kuò)散。超高頻法的原理就是通過(guò)傳感器將局部放電產(chǎn)生的電磁波接受，并對(duì)所接受的電磁波加以具體分析。超高頻法所接受的電磁波的下限頻率在300 MHz 以上，所以它會(huì)將由于電暈放電引起的干擾信號(hào)排除掉，其最大的優(yōu)越性在于抗干擾性能力強(qiáng)。利用UHF 方法進(jìn)行測(cè)量時(shí)一般會(huì)要求在HGIS 設(shè)備上安裝內(nèi)部耦合器。如果利用超高頻法須在HGIS 設(shè)備制造過(guò)程中就要加以考慮，因此這種方法主要用于重要變電站HGIS設(shè)備的在線檢測(cè)。

4.4光學(xué)監(jiān)測(cè)法

由于光電倍增器具有很高的靈敏度，因此光學(xué)監(jiān)測(cè)法連一個(gè)光子的發(fā)射也能檢測(cè)到。然而由于SF6氣體和玻璃會(huì)強(qiáng)烈吸收發(fā)出的射線，因此該方法存在一定的缺陷。光學(xué)監(jiān)測(cè)法能夠很好的應(yīng)用到已知位置的放電源監(jiān)測(cè)中，但并沒(méi)有故障定位功能，同時(shí)由于HGIS 設(shè)備內(nèi)壁光滑會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象，實(shí)際的監(jiān)測(cè)靈敏度較低。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文通過(guò)對(duì)比HGIS設(shè)備與常規(guī)的GIS設(shè)備的區(qū)別，使人們能夠認(rèn)識(shí)到HGIS設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。同時(shí)HGIS設(shè)備改進(jìn)了GIS設(shè)備，使其更加安全可靠、抗震能力更強(qiáng)、更能適應(yīng)環(huán)境的、維護(hù)費(fèi)用更低、操作更加簡(jiǎn)便。隨著我國(guó)電力事業(yè)的不斷發(fā)展和不斷完善，HGIS設(shè)備以其占地面積小、維護(hù)檢點(diǎn)可靠安全等優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)的應(yīng)用中將更具優(yōu)勢(shì)，將極大地推動(dòng)我國(guó)電力事業(yè)不斷發(fā)展。進(jìn)行HGIS設(shè)備局部放電缺陷的判斷方法的研究不僅可以提高HGIS設(shè)備的安全運(yùn)行水平，同時(shí)也對(duì)保障我國(guó)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重大意義。

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