黃繼來(lái)，王學(xué)錦，蔡建輝

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司溫州供電公司，浙江 溫州 325000）

SF6氣體絕緣封閉組合電器因其占地面積少、運(yùn)維少、檢修周期長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡(jiǎn)捷、運(yùn)行不受外部惡劣環(huán)境影響等眾多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用110 和220 kV配電系統(tǒng)。但也受現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)境、施工人員技術(shù)水平、廠家制造工藝等因素影響，加上GⅠS 結(jié)構(gòu)緊湊，空間小、內(nèi)部設(shè)備眾多等構(gòu)造特點(diǎn)，在GⅠS 帶電運(yùn)行期間強(qiáng)電場(chǎng)作用下，一旦發(fā)生故障，勢(shì)必將嚴(yán)重危及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定、供電可靠，導(dǎo)致設(shè)備損壞。大量研究表明GⅠS 內(nèi)部放電是導(dǎo)致設(shè)備絕緣老化、劣化甚至損壞引發(fā)故障和事故的重要原因[1-10]。全封閉組合結(jié)構(gòu)使得開倉(cāng)檢查難度大，常規(guī)性的檢測(cè)技術(shù)涉及停電檢修，因此運(yùn)用特高頻、超聲波等帶電檢測(cè)技術(shù)對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)GⅠS 設(shè)備內(nèi)部缺陷、隱患，避免事故發(fā)生具有重要意義。

1 帶電測(cè)試技術(shù)

1.1 特高頻（UHF）法

GⅠS 絕緣封閉組合電器帶電運(yùn)行時(shí)，如果在較小的范圍內(nèi)發(fā)生局部放電，將產(chǎn)生較陡的脈沖電流，其上升時(shí)間很短，激發(fā)頻率高達(dá)GHz 級(jí)的電磁波。特高頻法的工作特點(diǎn)是通過(guò)特高頻傳感器對(duì)運(yùn)行中的電氣設(shè)備局部放電時(shí)產(chǎn)生特高頻電磁波信號(hào)進(jìn)行采集，獲得局部放電的檢測(cè)數(shù)據(jù)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備情況的特點(diǎn)和不同，采用內(nèi)置式或外置式特高頻傳感器，實(shí)現(xiàn)局部放電的帶電檢測(cè)、定位和缺陷類型識(shí)別，具有較好的靈敏度和現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)。

研究表明[11-16]，固體絕緣內(nèi)部氣隙放電的特高頻信號(hào)具有放電次數(shù)較少、周期重復(fù)性較低和放電幅值較分散的顯著的特點(diǎn)，但放電的相位比較穩(wěn)定，沒有明顯的極性效應(yīng)，固體絕緣的內(nèi)部局部放電特高頻典型圖譜，如圖1所示。

圖1 GIS 固體絕緣內(nèi)部局部放電特高頻典型圖譜

1.2 超聲波AE法[17-19]

運(yùn)行中的電氣設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生局部放電，會(huì)產(chǎn)生沖擊性振動(dòng)、聲波，形成20～100 kHz 頻率超聲波信號(hào)傳播。超聲波AE 法通過(guò)在帶電運(yùn)行設(shè)備腔體外壁上安裝接觸式超聲波傳感器，或通過(guò)敞開式壓敏傳感器測(cè)量局部放電信號(hào)，能有效避開檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)常見的音頻干擾，運(yùn)用超聲波傳感器檢測(cè)、采集放電產(chǎn)生的異常超聲信號(hào)，通過(guò)類型識(shí)別、放電定位，可實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電的有效檢測(cè)，盡早發(fā)現(xiàn)和及時(shí)進(jìn)行處理存在的絕緣缺陷，將故障隱患消除于萌芽狀態(tài)。

2 實(shí)踐應(yīng)用

2.1 基本情況

某變電站220 kV GⅠS 設(shè)備型號(hào)為ZF-252，三相分體設(shè)計(jì)，2019 年6月出廠，為220 kV雙母線帶母聯(lián)開關(guān)主接線方式，11月掛網(wǎng)運(yùn)行，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 220 kV GIS組合電器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

2.2 帶電測(cè)試數(shù)據(jù)

2019 年12 月18—22 日，采用外置傳感器對(duì)某變電站內(nèi)220 kV 型號(hào)為ZF-252的GⅠS設(shè)備進(jìn)行特高頻、超聲波帶電聯(lián)合檢測(cè)，檢測(cè)異常情況如下：

220 kV某4P14線路C相正母閘刀氣室檢測(cè)到異常特高頻及超聲波信號(hào)，在氣室外置特高頻傳感器檢測(cè)到異常特高頻信號(hào)，信號(hào)幅值最大為65 dB，如圖3～5所示，每周期存在兩簇信號(hào)，相位較寬，幅值較大。超聲波信號(hào)最大值為133 mV，頻率成分2大于頻率成分1，每周期出現(xiàn)兩簇脈沖波形，相位分布較寬。

圖3 220 kV 4P14線路C相正母閘刀氣室特高頻PRPS&PRPD圖譜

圖4 220 kV 4P14線路C相正母閘刀氣室AE幅值/波形圖譜

針對(duì)出現(xiàn)的GⅠS 組合電器出現(xiàn)異常的特高頻局放和超聲波信號(hào)，對(duì)GⅠS所有的氣室進(jìn)行一一排除，測(cè)試的異常數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

表1 GIS測(cè)試的異常特高頻局放和超聲波信號(hào)數(shù)據(jù)

圖5 220 kV 4P14線路C相正母閘刀氣室AE相位圖譜/信號(hào)最大點(diǎn)位置圖

3 數(shù)據(jù)分析

氣室有異常的特高頻局放信號(hào)幅值在63 dB 以上，能量較大，每周期存在兩簇信號(hào)，相位寬，幅值較大，6個(gè)氣室的PRPS&PRPD圖、AE幅值/波形圖都較為相似，對(duì)照?qǐng)D1 固體絕緣內(nèi)部局部放電特高頻典型圖譜，可初步判斷GⅠS 內(nèi)部存在一定程度的局部放電。

結(jié)合表1 測(cè)試數(shù)據(jù)表明，異常的超聲波信號(hào)幅值在100 mV 以上，最大幅值達(dá)到354 mV，且每個(gè)周期出現(xiàn)兩簇脈沖波形，相位分布寬，放電間隔時(shí)間較均勻、放電次數(shù)較多、能量較大等明顯特征，可以判斷為金屬性懸浮放電。

用聲電聯(lián)合定位放電位置。我們以1#變壓器220 kV B相正母閘刀氣室為例，進(jìn)行聲電聯(lián)合定位。應(yīng)用工業(yè)示波器對(duì)特高頻及超聲波傳感器信號(hào)進(jìn)行采樣，如圖6所示。

圖6 1#變壓器220 kVB相正母閘刀氣室示波器10 ms波形圖

由圖6示波器10 ms波形圖可知，特高頻最大幅值1.22 V，超聲波最大幅值2.84 V；特高頻圖譜每周期存在兩簇脈沖信號(hào)，示波器聲電圖譜部分脈沖對(duì)應(yīng)，有局部放電存在且為金屬性懸浮放電并伴有絕緣放電，與我們分析的數(shù)據(jù)結(jié)論基本一致。

傳感器位置分別按圖7和圖8布置，利用多通道信號(hào)時(shí)延比較對(duì)局放源部位精確定位。即黃色超聲波傳感器保持位置不變，通過(guò)多方位移動(dòng)紅色及綠色超聲波傳感器，黃色超聲波傳感器信號(hào)始終超前紅色及綠色超聲波傳感器信號(hào)，且與特高頻信號(hào)時(shí)差最小為3 μs，超聲波在環(huán)氧樹脂中的傳播速度大2540 m/s，計(jì)算出局放源距離綠色超聲波傳感器0.76 cm 處，局放源位置如圖9 所示，系1#變壓器220 kV B 相正母閘刀靠正母?jìng)?cè)盆式絕緣子區(qū)域。對(duì)其他異常的氣室也逐一排查，系同一原因問(wèn)題，不再一一描述。

圖7 傳感器橫排布置圖/示波器圖譜

圖8 傳感器豎排布置圖/示波器圖譜

圖9 局放源位置

X射線成像檢測(cè)復(fù)核[20]，對(duì)1#變壓器220 kV B相正母閘刀靠正母?jìng)?cè)盆式絕緣子區(qū)域X 射線成像透視檢測(cè)顯示，如圖10所示。部分盆式絕緣子漏裝均壓環(huán)接地螺絲或接地螺絲未按照安裝要求緊固出現(xiàn)松動(dòng)虛接地，導(dǎo)致盆式絕緣子的均壓環(huán)未有效、可靠接地。在設(shè)備帶電運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生懸浮電位，對(duì)虛地的金屬法蘭游離放電，產(chǎn)生能量較大的異常的局部放電。

圖10 X射線成像透視檢測(cè)

4 缺陷處理

結(jié)合GⅠS 電器盆式絕緣子區(qū)域特高頻局放及超聲波異常及X 射線成像透視檢測(cè)復(fù)核情況，對(duì)各氣室的絕緣子均壓環(huán)接地情況全面排查，發(fā)現(xiàn)部分均壓環(huán)接地螺絲漏裝和均壓環(huán)接地螺絲，與金屬法蘭接觸面上有一層涂覆防水膠導(dǎo)致接地不良，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)打磨處理和加裝均壓環(huán)接地螺絲。重新對(duì)各氣室進(jìn)行特高頻局放及超聲波測(cè)試無(wú)異常后，投入運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，運(yùn)用特高頻及超聲波帶電檢測(cè)技術(shù)，一方面在不停電的情況下能有效測(cè)試評(píng)估設(shè)備的健康狀況，另一方面又能聯(lián)合診斷及精準(zhǔn)定位局放源，特別是金屬鎧裝全封閉式電器，具有非凡意義，也為設(shè)備狀態(tài)檢修策略提供可靠依據(jù)。