多種狀態(tài)檢修技術排查罐式金屬氧化物避雷器絕緣老化

潘 超，童 鑫，秦 鵬，楊治綱，周章斌

（國網安徽省電力公司 合肥供電公司，合肥 230022）

狀態(tài)檢修 （CBM）是指根據(jù)先進的狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術提供的設備狀態(tài)信息，判斷設備的異常，預知設備的故障，在故障發(fā)生前進行檢修的方式，即根據(jù)設備的健康狀態(tài)來安排檢修計劃，實施設備檢修。相較于原來的定期例行檢修，狀態(tài)檢修可以及時發(fā)現(xiàn)設備存在的潛在不安全因素，排除因檢修周期未到而無法及時消除隱患的弊端，同時，對于運行狀態(tài)良好的設備，可適當延長檢修周期，避免人力、物力不必要的浪費，所以國家電網公司近期正大力推行和深化狀態(tài)檢修。由于目前不同電力設備的狀態(tài)檢修技術發(fā)展并不平衡，各種狀態(tài)檢修儀器制造商的水平也良莠不齊，因此國家電網公司發(fā)布的狀態(tài)檢修規(guī)程對于狀態(tài)檢修的檢測數(shù)據(jù)判斷尚不完善，對于電力設備是否存在缺陷的判定仍需進行進一步研究。

氣體絕緣全封閉式組合電器 （GIS）因優(yōu)點多，近年來在新投運的變電站已普遍采用，然而由于開罐解體檢修繁瑣，并且可能存在其他隱患，所以對于GIS內部元器件缺陷的判定需要尤為慎重。其中，GIS用的罐式MOA大量存在于GIS中，因其封閉在氣室內，對于其狀態(tài)量的檢測存在較大的難度，并且由于其既存在普通戶外式避雷器的特點，又具有GIS的特點，所以需要利用聯(lián)合普通戶外式避雷器和GIS的狀態(tài)檢修技術進行綜合檢測判斷。本文以合肥供電公司某220 kV變電站罐式MOA絕緣老化進行排查為例，介紹案例中所使用的避雷器放電記數(shù)在線監(jiān)測、運行中持續(xù)電流檢測以及GIS超聲波局放檢測等狀態(tài)檢修技術，旨在為罐式MOA絕緣老化隱患排查提供有價值的參考。

1 案例經過

某220kV變電站110kV GIS設備于2007年11月24日投入運行，其220kV 1號主變110 kV側A相避雷器型號為Y10WF-106／266，由新東北電氣（沈陽）高壓開關有限公司制造。2012年2月在設備巡視時發(fā)現(xiàn)其在線監(jiān)測儀顯示泄露電流約為0.68mA，其余兩相均顯示約為0.5 mA，但設備運行暫時無明顯異常。經過進一步跟蹤關注，合肥供電公司于2012年3月12日安排專業(yè)班組和相關設備廠家人員對該間隔避雷器進行運行中持續(xù)電流檢測和GIS局放檢測。其中，帶電測試結果與在線監(jiān)測儀顯示數(shù)值一致，并且A相阻性電流為330μA，B、C相阻性電流分別為38、45μA，符合文獻［1］中5.16.1.4規(guī)定的“與同組間其他避雷器測量結果相比較，增加1倍時應停電檢修”，同時GIS超聲波局放檢測也確定該處有帶電粒子并存在局部放電現(xiàn)象。鑒于綜上所述的試驗結果，合肥供電公司決定將該避雷器從GIS上脫離進行試驗，結果表明該項避雷器確已發(fā)生絕緣老化。

2 檢測分析方法

本次的缺陷消除過程中運用了多種狀態(tài)檢修技術，主要包括避雷器放電記數(shù)在線監(jiān)測［2］、避雷器運行中持續(xù)電流檢測［3］和GIS超聲波局放檢測技術［4］。綜合這些狀態(tài)檢修技術共同確立該項缺陷，并最終在缺陷沒有造成損失之前進行消除。

2.1 避雷器放電記數(shù)在線監(jiān)測

避雷器放電記數(shù)在線監(jiān)測是目前較常見的技術，無論是GIS變電站中的避雷器還是敞開式變電站中的避雷器都采用了此項技術，一般與避雷器共同投運［5］。

（1）檢測的狀態(tài)量

本項在線檢測技術主要檢測避雷器在運行過程中的放電次數(shù)和泄露電流（全電流Ix）。放電次數(shù)主要表征該避雷器限制過電壓的次數(shù)，泄露電流主要表征該避雷器運行過程中整體的絕緣狀況［6］。這兩項狀態(tài)量是表征避雷器運行狀態(tài)的兩項重要基本參數(shù)，也是較為容易檢測的量，所以目前該項狀態(tài)檢修技術使用的非常普遍。

（2）檢測方法

本項技術的在線監(jiān)測儀主要由閥片、整流硅堆、電容器和電磁記數(shù)器等組成，將該在線監(jiān)測儀串聯(lián)在避雷器底座法蘭和地線之間即可［7］。

（3）測試結果

本次案例中的缺陷最初即是通過避雷器放電記數(shù)在線監(jiān)測發(fā)現(xiàn)的，在進行設備巡視過程中，有關人員在進行設備巡視時，發(fā)現(xiàn)220kV某變電站220kV 1號主變110kV側三相避雷器泄露電流值之間存在差異，具體值如表1所示。

表1 放電記數(shù)器在線監(jiān)測儀顯示數(shù)據(jù)

由于相關的規(guī)程和標準對于泄露電流Ix尚無明確條文并且設備運行無明顯異常，因此決定對該間隔進行進一步跟蹤關注，并安排相關專業(yè)人員利用其他狀態(tài)檢修技術進行復測。

2.2 避雷器運行中持續(xù)電流檢測

避雷器運行中持續(xù)電流檢測也是一項常規(guī)的帶電檢測技術，也是MOA的一項例行試驗項目，文獻［1］中5.16.1.4規(guī)定“具備帶電檢測條件時，宜在每年雷雨季節(jié)前進行本項目”。

（1）檢測的狀態(tài)量。本項狀態(tài)檢修技術有多種測試方法，主要包括阻性電流基波法、三次諧波法、容性電流補償法、零序電流法等［8-10］。目前使用較為普遍的阻性電流基波法，主要檢測避雷器在運行過程中的阻性電流IR和全電流Ix。阻性電流IR是避雷器運行過程中的一項重要狀態(tài)量，當避雷器的閥片老化、避雷器受潮、內部絕緣部件受損以及表面嚴重污穢時，其容性電流Ic變化不大，但是其阻性電流IR會有明顯增加［11］。

（2）檢測方法。避雷器運行中各持續(xù)電流分量及電壓之間的關系如圖1所示。由于避雷器泄露電流（全電流）Ix中的阻性分量IR與流過避雷器的電壓U同相位，所以圖1中所示φ既表示阻性電流IR與全電流Ix之間的相位角，也表示電壓U與全電流Ix之間的相位角。為了檢測出阻性電流IR，只需檢測出全電流Ix以及全電流Ix與電壓U之間的相位角φ即可［12］。具體裝置工作原理圖［13］如圖2所示。

（3）測試結果。本項技術的檢測結果是最終確定本案例中缺陷的重要佐證，本次檢測結果如表2所示，往年檢測結果如表3所示。

圖1 避雷器運行中各持續(xù)電流分量及電壓之間的關系

圖2 避雷器運行中持續(xù)電流檢測裝置原理圖

表2 本次避雷器運行中持續(xù)電流檢測數(shù)據(jù)

根據(jù)文獻［1］中5.16.1.4“通過與歷史數(shù)據(jù)與同組間其他金屬氧化物避雷器的測量結果相比較做出判斷，彼此應無顯著差異。當阻性電流增加0.5倍時應縮短試驗周期并加強監(jiān)測，增加1倍時應增加停電檢查?！钡囊?guī)定，某變電站220kV 1號主變110kV側A相避雷器，阻性電流增加已遠高于1倍，該避雷器應進行停電檢查。由于該避雷器處在SF6氣體絕緣的套筒中，屬于GIS的一部分，該避雷器又具有GIS的特點［14］，但僅靠避雷器運行中持續(xù)電流帶電檢測仍無法確定為是否為該避雷器的缺陷以及何種缺陷。

2.3 GIS超聲波局放檢測

GIS超聲波局放檢測是近年來剛剛開展的工作項目，2014年1月10日施行的文獻［1］中新增的GIS例行試驗項目，原《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》［15］中尚無該工作項目。

（1）檢測狀態(tài)量

各類GIS超聲波局放檢測設備檢測的狀態(tài)量有所區(qū)別，總的來說檢測的基本狀態(tài)量都為聲脈沖的次數(shù)、幅值、能量、相位或者波形等［4］。并且在這些基本狀態(tài)量的基礎上，經過信號處理而獲得聲脈沖相關性特征指數(shù)（TAFI）、聲脈沖特征指數(shù)分布（TAFID）等，進而識別接地或帶電部分上的凸起、自由移動或固定顆粒、絕緣子中的氣泡和缺陷以及電位懸浮或機械松動屏蔽［16］等各類缺陷的。

（2）檢測方法

在局部放電瞬間產生電弧，或氣體絕緣開關的游離粒子產生運動，并與殼體產生碰撞，都會產生聲脈沖。該聲脈沖的持續(xù)時間極短，具有人耳聽不見的較高頻率［17］。它可在氣體及變壓器油等介質中傳播，并被安裝于GIS或變壓器外殼的高靈敏度的聲發(fā)射傳感器探測到。通過掌上型聲發(fā)射檢測系統(tǒng)對信號進行數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲及信號處理，可去除噪聲，達到識別局放信號或游離粒子碰撞信號的目的。

（3）測試結果

本項技術的測試結果進一步確認了本案例中發(fā)生的缺陷，其現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)如圖3所示。

由圖3（b）可得，特征指數(shù)1中聲脈沖有明顯集中，基本呈線狀，可基本判斷存在一定的局放或者帶電顆粒［18-20］。在圖3（a）、（c）及（d）中暫時無法判斷是否存在缺陷，為了進一步確認該間隔是否存在缺陷，對現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)做進一步的分析提取，結果如圖4所示。

從圖4（a）中可得，該脈沖信號分別在135°和315°達到最大幅值，從圖4（b）可得，在一個周期內聲脈沖的幅值與相位基本呈對稱分布，且放電幅值分布較廣，符合局放信號呈180°對稱的特征規(guī)律［21-22］，可以確認此處存在局部放電。

表3 往年避雷器運行中持續(xù)電流檢測數(shù)據(jù)

圖3 GIS超聲波局放檢測現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

圖4 對GIS超聲波局放檢測現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)的分析提取結果

2.4 停電檢查

綜合上述狀態(tài)檢修技術手段，經過分析討論，最終決定將該避雷器從GIS上脫離。從現(xiàn)場看該避雷器無明顯放電痕跡，對該避雷器進行絕緣電阻測試和直流1mA電壓（U1mA）及0.75U1mA下的泄露電流測試，其試驗數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 絕緣電阻測試、直流1mA電壓（U1mA）及0.75 U1mA下的泄露電流測試數(shù)據(jù)

由表4中試驗數(shù)據(jù)可確認A相避雷器絕緣確已老化［5］，需更換。

3 結語

避雷器放電記數(shù)在線監(jiān)測、避雷器運行中持續(xù)電流檢測和GIS局放超聲波檢測技術確能發(fā)現(xiàn)避雷器絕緣老化。

由于狀態(tài)檢修技術仍處于發(fā)展階段并且測試儀器廠家眾多，對于上述單一狀態(tài)檢修技術的測試結果仍無法完全信賴，需要多種狀態(tài)檢修技術共同驗證。

狀態(tài)檢修技術可以在設備發(fā)生事故之前發(fā)現(xiàn)其缺陷，避免發(fā)生設備所造成的損失，保證電網、設備的安全穩(wěn)定運行。

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