SF₆組分檢測和UHF局放測試在GIS狀態(tài)維修中的應(yīng)用

王立凱+鄒高市+許江盼+楊旭+侯小冬

【摘 要】SF6綜合測試儀對GIS氣室中SF6 氣體組分檢測和GIS局放測試儀對設(shè)備內(nèi)部絕緣診斷和狀態(tài)評估具有方便高效、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。論文重點(diǎn)分析介紹這兩種在線監(jiān)測方法的現(xiàn)場應(yīng)用，幫助分析和判斷GIS設(shè)備內(nèi)部存在故障缺陷。

【Abstract】The SF6 comprehensive tester and GIS partial radiation tester have the advantages of convenient， efficient， and strong anti-interference ability， when using the SF6 comprehensive tester carrying out the SF6 component detection in GIS air chamber and using GIS partial radiation tester evaluating the inner insulation and situation of equipments. This paper mainly analyzes the field application of the two online inspection test， and analyzes and judges the inner defects of GIS equipment.

【關(guān)鍵詞】狀態(tài)維修；UHF局放儀；設(shè)備故障

【Keywords】condition-based maintenance； UHF partial radiation tester； equipment failure

【中圖分類號】TM595 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）02-0190-03

1 引言

狀態(tài)檢修是指根據(jù)先進(jìn)的監(jiān)測和診斷技術(shù)為運(yùn)維人員提供設(shè)備狀態(tài)信息，幫助判斷和預(yù)知設(shè)備故障，即根據(jù)設(shè)備的健康狀態(tài)來合理安排檢修計(jì)劃，實(shí)施設(shè)備檢修。采用高靈敏六氟化硫綜合分析儀可對GIS（氣體絕緣全封閉組合電器Gas Insulated Switch）氣室中絕緣氣體的成分進(jìn)行定量分析和趨勢預(yù)測，通過高靈敏UHF （超高頻 Ultra High Frequency） 局放儀監(jiān)測GIS內(nèi)部局放信號反映絕緣介質(zhì)性能[1]。兩種檢測手段是通過對特征氣體的微量分析和大量局放信號圖譜對比統(tǒng)計(jì)，達(dá)到發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備早期缺陷的目的，從而實(shí)現(xiàn)對GIS設(shè)備早期預(yù)防、合理計(jì)劃，避免缺陷擴(kuò)大造成GIS設(shè)備非預(yù)期停運(yùn)檢修。

2 六氟化硫氣體組分分析

GIS設(shè)備是采用吸附電子能力和滅弧能力較強(qiáng)的SF6氣體做絕緣介質(zhì)，環(huán)氧樹脂絕緣盆作支撐，將導(dǎo)電體絕緣并固定在金屬外殼內(nèi)部。正常運(yùn)行時(shí)，所有氣室內(nèi)部溫度均不高于80℃，絕緣材料不會(huì)分解。對于斷路器氣室，在分、合閘操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生2000℃以上的高溫電弧，瞬間使電弧區(qū)域的SF6氣體生成帶電離子和少量分解物，但因其分、合閘速度極快，又有高效的滅弧功能，產(chǎn)生的帶電離子在瞬間又復(fù)合成SF6氣體，所產(chǎn)生少量的SO2 、H2S和HF等分解產(chǎn)物會(huì)被放置于設(shè)備內(nèi)部的吸附劑吸收， 因此，對于正常運(yùn)行的斷路器，在操作后檢測時(shí)，氣室中的SO2含量一般都不大于1.0μl/L，這在對某電廠百余臺(tái)500kV斷路器的檢測中得到證實(shí)。但若斷路器內(nèi)部存在局部放電、重燃或嚴(yán)重過熱性故障時(shí)，將使故障區(qū)域的固體絕緣材料和SF6氣體發(fā)生分解。

根據(jù)資料分析，SF6電氣設(shè)備內(nèi)部故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生多種分解物，主要的硫化物有SO2、H2S、SF4、SO2F2、SOF2、S2F10和S2OF10；氟化物有HF、CF4、AlF3、CuF2和WF6； 碳化物有CO、CO2和低分子烴。這些分解物將會(huì)使SF6氣體純度降低，影響SF6絕緣性能。

3 某電站氣體組分的狀態(tài)監(jiān)測實(shí)例

采用SF6綜合測試儀，我們對電站管轄設(shè)備的氣室進(jìn)行了長期監(jiān)測，表1是500kV開關(guān)站部分設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)對比結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)斷路器和電壓互感器（PT）氣室中CO含量偏高，而且呈逐年微增的趨勢。由于CO主要來源于絕緣材料的老化釋放，斷路器和PT氣室中含有大量的絕緣材料，且這些設(shè)備在操作或運(yùn)行時(shí)內(nèi)部溫度相對較高，這些因素使得其CO的含量相對其他氣室偏高。正常運(yùn)行期間各氣室內(nèi)部無放電現(xiàn)象，在SF6氣體組分長期監(jiān)測中未檢到SO2、H2S、HF氣體。（圖1）

4 局放在線監(jiān)測

局部放電主要指發(fā)生在電極之間并未貫穿和擊穿的放電現(xiàn)象，主要是由于設(shè)備內(nèi)部存在弱點(diǎn)或長期運(yùn)行造成的缺陷，在高強(qiáng)度場強(qiáng)的作用下發(fā)生重復(fù)擊穿和熄滅的現(xiàn)象。主要表現(xiàn)為氣體的擊穿、小范圍內(nèi)固體或液體介質(zhì)的局部放電或金屬表面的邊緣及尖角部位的場強(qiáng)集中引起的擊穿現(xiàn)象。這種放電量很小，短時(shí)不會(huì)影響電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度。

局部放電現(xiàn)象既是GIS絕緣劣化的征兆和表現(xiàn)形式，又是絕緣進(jìn)一步惡化的原因。由于高壓設(shè)備絕緣擊穿的后果較為嚴(yán)重，而對GIS進(jìn)行局部放電檢測能夠有效地發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部早期的絕緣缺陷，以便采取處理措施，避免缺陷擴(kuò)大，提高GIS的可靠性。局放試驗(yàn)還可以彌補(bǔ)耐壓試驗(yàn)的不足，通過局部放電在線監(jiān)測能發(fā)現(xiàn)GIS制造和安裝的“清潔度"，能發(fā)現(xiàn)制造和安裝過程中的絕緣缺陷和異物。

4.1 UHF（特高頻）法測局放

該方法是通過檢測GIS內(nèi)部放電產(chǎn)生的特高頻信號來發(fā)現(xiàn)缺陷。一般選定的頻率范圍是300～1000MHz，由于測量頻率較高，因此結(jié)果不受電暈干擾的影響，具有較好的信噪比。通常采用寬帶數(shù)字存儲(chǔ)示波器測量從相鄰耦合器信號到達(dá)的時(shí)間間隔，從而實(shí)現(xiàn)對缺陷的定位。UHF信號最好是由GIS內(nèi)部耦合器獲取，也可以采用放置在外部窗口上或絕緣子上的耦合器獲取。

實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)證明，該方法能夠有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部絕緣缺陷。然而，在數(shù)據(jù)的解釋分析和絕緣故障模式識別實(shí)際應(yīng)用中，我們不僅關(guān)注能否從局部放電信號中診斷出GIS綜合絕緣狀況，還希望能從中獲取更為詳細(xì)的信息，例如絕緣劣化原因、故障類型、嚴(yán)重程度以及故障點(diǎn)位置等信息。如何從檢測到的局放信號中判斷局部放電類型以及GIS的絕緣狀況是在線監(jiān)測技術(shù)的難點(diǎn)之一。endprint

4.2 局方測試降噪手段

現(xiàn)場使用的DMS第三代局放儀本身具有高靈敏度低噪音的特點(diǎn)，且內(nèi)置環(huán)境降噪功能，可以通過環(huán)境噪音探頭疊加減去測量結(jié)果中的環(huán)境噪音，使測量結(jié)果更為準(zhǔn)確。在現(xiàn)場具體使用期間還需注意以下幾點(diǎn)：①盡量選擇晚上測量和停運(yùn)行車、電焊機(jī)、手機(jī)等設(shè)備，防止干擾。②測量過程中需要將探頭密貼GIS絕緣盆且盡量減小空隙，注意探頭外殼不能碰到GIS外殼，以免GIS 感應(yīng)電流流入儀器，造成較大干擾。③在進(jìn)行外置CT絕緣盆測量時(shí)請關(guān)注CT內(nèi)側(cè)避免絕緣隔離塊。以免密貼時(shí)探頭外殼使絕緣塊隔離電流作用失效，甚至引起差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

5 某核電廠局部放電檢測實(shí)例

自2010年開始，電站運(yùn)維人員按照南網(wǎng)反措要求對管轄范圍內(nèi)的GIS設(shè)備包括500kV、220kV兩個(gè)電壓等級，開展年度在線局放監(jiān)測。在對近200個(gè)絕緣盆長達(dá)四年的帶電運(yùn)行局放測量中積累了大量經(jīng)驗(yàn)，其中比較有代表性的是2013年6月400kV開關(guān)站032GS氣室局放檢測結(jié)果異常事件。

2013年6月，在對氣室組分監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)400KV開關(guān)站032GS氣室中H2S含量相對異常（0.3ppm），其他氣室未檢出，隨后及時(shí)上報(bào)并對該氣室進(jìn)行長期跟蹤；在線局放GIS狀態(tài)監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)該氣室有大小約0.3mV（參照量）的微小局放信號。分析決定在計(jì)劃的停電檢修窗口下進(jìn)行解體內(nèi)部檢查，最終發(fā)現(xiàn)內(nèi)部絕緣盆壁存在疑似微小放電粉末（如下圖2），保守決策后采用新備件對絕緣盆進(jìn)行整體更換并充新SF6氣。送電后三個(gè)月的持續(xù)監(jiān)測中未發(fā)現(xiàn)異常放電信號，氣體組分監(jiān)測中也未檢出特殊氣體成分，設(shè)備正常運(yùn)行至今。

6 結(jié)語

通過資料及本電廠實(shí)測數(shù)據(jù)分析，氣體組分檢測能夠直觀分析氣室內(nèi)SF6氣體純度、露點(diǎn)溫度等參數(shù)。GIS在線局部放電測試能夠有效反映絕緣介質(zhì)缺陷，作為一種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測的新方法，由于該技術(shù)尚屬于新技術(shù)，還有諸多問題尚未解決，如干擾抑制及干擾識別等，局放圖譜的多樣化也使得相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的制定存在一定困難，但在線局放測試有助于提前發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備缺陷，大幅減小設(shè)備故障所帶來的損失，不失為一種好方法，值得運(yùn)維人員實(shí)踐和推廣。

【參考文獻(xiàn)】

【1】羅學(xué)琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）[M].北京：中國電力出版社，1998.endprint