局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)在GIS設(shè)備缺陷診斷中的應(yīng)用

(國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司 檢修分公司，重慶 400015)

在電力設(shè)備的絕緣系統(tǒng)中，只有部分區(qū)域發(fā)生放電，而沒(méi)有貫穿施加電壓的導(dǎo)體之間，即尚未擊穿，這種現(xiàn)象稱(chēng)之為局部放電(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“局放”)。它是由局部電場(chǎng)畸變、局部場(chǎng)強(qiáng)集中引起絕緣介質(zhì)局部范圍內(nèi)的氣體放電或擊穿所造成的。它可能發(fā)生在導(dǎo)體邊緣，也可能發(fā)生在絕緣體的表面或內(nèi)部。在絕緣體中的局部放電甚至?xí)g絕緣材料，并最終導(dǎo)致絕緣擊穿[1]。

因此，進(jìn)行局部放電檢測(cè)，預(yù)防絕緣事故的發(fā)生，對(duì)于維護(hù)設(shè)備安全和電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的意義。

局部放電是一種脈沖放電，它會(huì)在設(shè)備內(nèi)部和周?chē)a(chǎn)生一系列的光、聲、電氣和機(jī)械振動(dòng)等物理現(xiàn)象和化學(xué)變化。這些伴隨局部放電而產(chǎn)生的各種物理和化學(xué)變化可以檢測(cè)并反映設(shè)備內(nèi)部的絕緣狀態(tài)。

目前在GIS局部放電檢測(cè)工作中應(yīng)用較為廣泛的是特高頻局部放電檢測(cè)、超聲波局部放電檢測(cè)、SF6氣體分解產(chǎn)物分析等方法，實(shí)際檢測(cè)分析時(shí)常采用多種手段聯(lián)合的方式進(jìn)行[2]。

1 局放檢測(cè)技術(shù)原理

1.1 特高頻局放檢測(cè)原理

GIS的局放電流脈沖具有極陡的上升沿，其上升時(shí)間為納秒級(jí)，激發(fā)起高達(dá)數(shù)百兆赫的電磁波，在GIS腔體構(gòu)成的同軸結(jié)構(gòu)中傳播，透過(guò)環(huán)氧材料等非金屬部件傳播出來(lái)，便可通過(guò)外置式特高頻傳感器進(jìn)行檢測(cè)。同理，若采用內(nèi)置式傳感器，則可直接從設(shè)備內(nèi)部檢測(cè)局放產(chǎn)生的電磁波信號(hào)[3]。

特高頻法檢測(cè)的對(duì)象是局放產(chǎn)生的電磁波信號(hào)。由于受GIS結(jié)構(gòu)的影響，局放激勵(lì)的電磁波信號(hào)在GIS中傳播到特高頻傳感器時(shí)信號(hào)的波形與幅值等參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，從而增加了局放評(píng)估工作的復(fù)雜性。

1.2 超聲波局放檢測(cè)原理

GIS內(nèi)部產(chǎn)生局放信號(hào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沖擊的振動(dòng)和聲音。超聲波法是在設(shè)備腔體外壁上安裝超聲波傳感器，通過(guò)對(duì)獲取的局放信號(hào)進(jìn)行采集、處理和分析來(lái)獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一種狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)[3]。

超聲波檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是抗電磁干擾能力強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，便于實(shí)現(xiàn)放電定位。同時(shí)，超聲波局放檢測(cè)技術(shù)也存在一定不足，如對(duì)于內(nèi)部缺陷不敏感，受環(huán)境噪聲或設(shè)備機(jī)械振動(dòng)干擾較大，進(jìn)行放電類(lèi)型模式識(shí)別難度大。由于超聲信號(hào)在電力設(shè)備常用的絕緣材料中衰減較大，超聲波檢測(cè)法的檢測(cè)范圍有限。

2 GIS局放檢測(cè)典型案例應(yīng)用

2.1 檢測(cè)異常概況

在對(duì)某220 kV GIS變電站開(kāi)展射頻局放巡檢工作過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)212#母聯(lián)間隔附近間隔信號(hào)異常，異常圖譜如圖1所示(上方線(xiàn)條為環(huán)境基線(xiàn)，下方線(xiàn)條為異常特征線(xiàn))。

圖1 運(yùn)維人員檢測(cè)到的射頻信號(hào)圖譜

通過(guò)故障診斷分析和精確定位，局放信號(hào)實(shí)際在220 kV 264#間隔處最強(qiáng)，隨著位置變化向周?chē)饾u減弱。運(yùn)用聲-電聯(lián)合定位技術(shù)，確認(rèn)在#2646隔離開(kāi)關(guān)處存在明顯局部放電缺陷。

2.2 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

對(duì)264#間隔進(jìn)行診斷性檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目包括射頻信號(hào)復(fù)測(cè)、特高頻局放檢測(cè)、超聲波局放檢測(cè)、SF6氣體組分檢測(cè)、聲—電聯(lián)合故障定位，其間隔現(xiàn)場(chǎng)布置如圖2所示。

1)射頻信號(hào)復(fù)測(cè)

與相鄰間隔比較，264#間隔附近射頻局放信號(hào)異常特征明顯，如圖3所示(上方線(xiàn)條為環(huán)境基線(xiàn)，下方線(xiàn)條為異常特征線(xiàn))。

(a)264#間隔射頻局放信號(hào)(b)鄰近間隔射頻局放信號(hào)圖3 264#間隔射頻局放復(fù)測(cè)信號(hào)圖譜

由檢測(cè)圖譜可初步判斷缺陷位置就在264#間隔，且排除周?chē)g隔存在其它局放干擾源的可能性。

2)特高頻局放檢測(cè)

選取圖2所示現(xiàn)場(chǎng)間隔位置中的盆式絕緣子作為特高頻傳感器信號(hào)采集點(diǎn)，依次測(cè)取PRPS和PRPD圖譜。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，2646#隔離開(kāi)關(guān)兩端盆式絕緣子處放電信號(hào)特征最明顯。檢測(cè)時(shí)2646#隔離開(kāi)關(guān)位置特高頻局放信號(hào)如圖4所示。

(a)A相特高頻信號(hào)(b)B相特高頻信號(hào)(c)C相特高頻信號(hào)圖4 2646#隔離開(kāi)關(guān)特高頻局放信號(hào)圖譜

從圖4可以很明顯地看出，在2646#隔離開(kāi)關(guān)C相氣室附近盆式絕緣子特高頻信號(hào)明顯，幅值較其他兩相高，且有雙簇現(xiàn)象，表現(xiàn)為懸浮放電。

更換檢測(cè)設(shè)備對(duì)2646#隔離開(kāi)關(guān)C相氣室進(jìn)行驗(yàn)證，獲得如圖5所示的特高頻局放信號(hào)。

圖5 2646#隔離開(kāi)關(guān)C相特高頻局放驗(yàn)證圖譜

從圖5可以看出，特高頻局放信號(hào)穩(wěn)定，特征明顯。

3)超聲波局放檢測(cè)

進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)，各檢測(cè)位置數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 264#間隔C相氣室超聲波局放數(shù)據(jù)對(duì)照表

從表1可見(jiàn)，超聲波信號(hào)在2646#隔離開(kāi)關(guān)C相氣室中間位置最強(qiáng)，向兩側(cè)有明顯降低趨勢(shì)，且信號(hào)最強(qiáng)位置100 Hz相關(guān)性明顯。

改變測(cè)量頻率范圍，檢測(cè)結(jié)果基本無(wú)變化，判斷該異常信號(hào)源應(yīng)位于GIS內(nèi)部中心導(dǎo)體上。

4)SF6氣體組分檢測(cè)

隨后對(duì)2646#隔離開(kāi)關(guān)C相氣室進(jìn)行SF6氣體組分檢測(cè)，H2S為0.7 μL/L，SO2為19 μL/L，SO2含量遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的注意值。

5)精確定位

①垂直方向定位

采用兩路特高頻傳感器，淺灰色置于2646#隔離開(kāi)關(guān)C相氣室出線(xiàn)側(cè)盆式絕緣子處，深灰色置于上方空氣中，此時(shí)檢測(cè)圖譜如圖6所示。

圖6 垂直方向定位檢測(cè)圖譜

信號(hào)同源，且一個(gè)工頻周期出現(xiàn)兩次，與前述特高頻信號(hào)“雙簇”特征相對(duì)應(yīng)，淺灰色信號(hào)超前于深灰色信號(hào)。將深灰色傳感器移動(dòng)至下方空氣中，此時(shí)淺灰色信號(hào)仍超前于深灰色信號(hào)。說(shuō)明局放源在近2646#隔離開(kāi)關(guān)設(shè)備側(cè)。

②水平橫向定位

采用兩路特高頻傳感器，淺灰色置于2646#隔離開(kāi)關(guān)C相氣室出線(xiàn)側(cè)盆式絕緣子處，深灰色置于與黃色傳感器同高度的空氣中并作圓周移動(dòng)，此時(shí)檢測(cè)圖譜如圖7所示。同理可判斷局放源在近2646#隔離開(kāi)關(guān)設(shè)備側(cè)。

圖7 水平橫向定位檢測(cè)圖譜

③水平軸向定位

同樣的兩路傳感器，淺灰色置于2646#隔離開(kāi)關(guān)C相氣室出線(xiàn)側(cè)盆式絕緣子處，深灰色置于母線(xiàn)側(cè)盆式絕緣子處，檢測(cè)圖譜如圖8所示。

圖8 水平軸向整體定位檢測(cè)圖譜

從表8可以看出，淺灰色傳感器信號(hào)仍然超前。將深灰色傳感器移動(dòng)至2646#隔離開(kāi)關(guān)C相氣室靠母線(xiàn)側(cè)盆式絕緣子處，檢測(cè)圖譜如圖9所示。

圖9 水平設(shè)備方向局部定位檢測(cè)圖譜

從圖9可知，兩組起始沿較為接近，幾乎同時(shí)到達(dá)信號(hào)采集器，說(shuō)明局放源位于兩個(gè)傳感器中間。從現(xiàn)場(chǎng)布置情況看，兩個(gè)傳感器中間剛好為2646#隔離開(kāi)關(guān)C相本體，因此認(rèn)定2646#隔離開(kāi)關(guān)C相存在局部放電缺陷。

2.3 檢測(cè)結(jié)論

2646#隔離開(kāi)關(guān)C相氣室特高頻局放檢測(cè)信號(hào)幅值超出背景值較大范圍，且信號(hào)呈明顯“雙簇”狀，PRPS和PRPD圖譜均表現(xiàn)為典型懸浮電位放電特征；超聲波檢測(cè)時(shí)異常點(diǎn)幅值最大，100 Hz相關(guān)性大于50 Hz相關(guān)性，與懸浮放電特征相符。改變頻率范圍測(cè)試結(jié)果不變，說(shuō)明局放點(diǎn)位于內(nèi)部導(dǎo)體上；該氣室內(nèi)SO2含量為19 μL/L，超標(biāo)。經(jīng)精確定位，確認(rèn)局放缺陷位于2646#隔離開(kāi)關(guān)本體。

2.4 檢修處理

對(duì)264#間隔進(jìn)行停電檢查發(fā)現(xiàn)，2646#隔離開(kāi)關(guān)C相傳動(dòng)拐臂撥叉彈簧位置接觸不良，導(dǎo)致拐臂與導(dǎo)電桿間產(chǎn)生懸浮電位放電，下方連接導(dǎo)體內(nèi)有大量的燃燒后粉塵狀物質(zhì)。局放源位置如圖10所示。

圖10 2646#隔離開(kāi)關(guān)局放源位置示意圖

檢修人員與廠(chǎng)方人員隨即對(duì)該氣室進(jìn)行吸塵清理工作并更換了內(nèi)部絕緣子及相關(guān)部件。檢修完成后，進(jìn)行耐壓和局放試驗(yàn)，未再發(fā)現(xiàn)異常。

3 結(jié)論

隨著狀態(tài)檢修應(yīng)用研究的逐步深化，GIS設(shè)備全壽命周期管理已在系統(tǒng)內(nèi)廣泛開(kāi)展，預(yù)防性停電試驗(yàn)工作有所減少，而且目前的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目多為低電壓，試驗(yàn)結(jié)果不能完全反映設(shè)備實(shí)際運(yùn)行電壓下的狀態(tài)，帶電檢測(cè)則恰好彌補(bǔ)了這些不足。

隨著帶電檢測(cè)技術(shù)的日漸成熟，用帶電檢測(cè)及在線(xiàn)監(jiān)測(cè)手段來(lái)替代預(yù)防性停電試驗(yàn)，使為設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)提供更加準(zhǔn)確、全面的信息變得逐漸可行。利用特高頻與超聲波局放檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的方式，能夠及時(shí)、有效地發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部潛伏性局放缺陷，并進(jìn)行精確定位，為檢修人員提供可靠的檢修依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。