帶電檢測技術在COMPASS組合電器中的應用

李琮，王萬寶，付兆遠，許志元，李曉磊

（國網山東省電力公司濟南供電公司，濟南250000）

帶電檢測技術在COMPASS組合電器中的應用

李琮，王萬寶，付兆遠，許志元，李曉磊

（國網山東省電力公司濟南供電公司，濟南250000）

介紹羅盤式（COMPASS）組合電器新型帶電檢測技術，分析超高頻檢測、超聲波檢測、SF6分解物檢測及紅外熱像檢測的原理和方法。通過一起110 kV COMPASS開關帶電檢測診斷和處理的應用案例，說明了在不停電狀態下發現COMPASS組合電器內部故障、有效監測設備狀態、提高COMPASS組合電器的運行可靠性方面，帶電檢測技術有極為重要的意義。

COMPASS；超聲波；超高頻；SF6分解物；紅外熱像

0 引言

緊湊型羅盤式（COMPASS）組合電器是介于戶外GIS和常規敞開式高壓電器之間的一種新型戶外組合電器。COMPASS為緊密型、工廠預先制造、空氣外絕緣變電站設備總稱［1］。它將單相SF6斷路器和CT組合成一個基本的“Γ”型元件，三相設備將3個“Γ”型元件安裝在一個戶外活動小車上，并將隔離插頭安裝在相鄰的支柱絕緣子上，具有節省土地面積、安裝快捷、維修方便、可靠性高等優點。由于其結構緊湊．其“Γ”型元件一些內部隱患和缺陷很難被發現。隨著帶電檢測技術的不斷發展，新型的技術檢測手段可以在設備不停電狀態下有效監測設備狀態，及早發現設備隱患，大大提高COMPASS組合電器的運行可靠性［2］。

1 組合電器帶電檢測技術

1.1 超高頻檢測技術

超高頻局放檢測技術是目前國內對組合電器類設備普遍采用的帶電檢測技術。通過超高頻傳感器檢測設備內部放電產生的超高頻信號從而發現缺陷。超高頻信號的頻率一般為300 MHz～3 GHz。整套測試系統由數據采集單元（超高頻信號傳感器）和專家診斷系統構成，如圖1所示。通過局放傳感器捕獲設備內由于絕緣缺陷在運行電壓下輻射的高頻電磁波，再通過數字信號處理技術來判斷是否發生局部放電及放電類型。超高頻法的最大優點是可有效地抑制背景噪聲，如電暈等產生的電磁干擾等，為組合電器類設備狀態檢修的實施提供可靠的數據支撐。

圖1 超高頻檢測原理

1.2 超聲波檢測技術

超聲波檢測原理是通過放置在COMPASS外殼上的傳感器接受內部放電產生的振動或超聲波信號來檢測內部放電故障。超聲波信號的頻率一般為20 kHz以上。其識別的頻率要遠低于超高頻，因此其對機械振動和較低頻率的電磁信號反應靈敏，能夠發現傳感器附近的內部松動缺陷，如固定螺栓力矩不足、屏蔽罩松動、絕緣子表面顆粒情況，特別能檢測故障早期的振動信號。采用超聲檢測時，應對超聲信號幅值、相位及信號分布進行綜合分析。

1.3 SF6氣體分解物檢測技術

SF6氣體分解物檢測技術是對組合電器內部的SF6氣體以及固體絕緣材料分解物的成分進行含量分析，快速判斷設備內部的隱患及位置［3］。SF6電氣設備分解物的檢測方法大多采用電化學法，具有耗氣量小、檢測靈敏度高、響應速度快、穩定性強、操作簡單等優點，在設備檢測現場得到廣泛使用。在進行分解物檢測時，SF6氣體從設備取樣閥經導氣管進入測試儀器、傳感器進行檢測，經分析處理后將分解物濃度轉換成相應的電信號進行判斷，從而根據分解物的種類和濃度判斷故障類型、查找事故隱患。因此，SF6氣體分解物測試是一種有效監測及診斷SF6電氣設備的方法［4］。

1.4 紅外熱像檢測

紅外熱像技術是通過非接觸方式精確地測量目標溫度，將不可見的紅外輻射轉換成電信號并形成可見的圖像。通過實踐應用發現，紅外熱像技術對檢測敞開式電氣設備的電壓致熱型缺陷和電流致熱型缺陷有良好的效果，如圖2所示。紅外熱像技術已成為診斷電氣設備熱故障的重要手段，但由于組合電器設備的緊湊性、封閉性以及SF6氣體傳熱的特性使得紅外測試手段的應用效果不理想。

圖2 紅外檢測圖譜

2 帶電檢測技術應用

2014－02－24，供電公司運行人員在巡視110kV變電站時發現COMPASS設備C相開關有異常聲音出現。該開關型號為COMPASS-145／1600-40，2004年6月投運。檢修人員對該臺設備開展紅外熱像檢測、超聲波局部放電檢測、SF6氣體濕度檢測以及分解物檢測，并根據檢測情況對該臺設備進行了跟蹤檢測。

2.1 帶電檢測數據分析

2.1.1 紅外熱像檢測

對設備進行紅外熱像檢測時，線路負荷電流為48.6 A，環境溫度為12℃。經檢測，該開關A、B、C三相熱點最高溫度均為23℃左右，沒有明顯熱點。依照DL／T 664—2008《帶電設備紅外診斷應用規范》，未達到缺陷性質的要求。紅外熱像檢測診斷結果為正常。

2.1.2 超聲波局部放電檢測

試驗人員對該開關C相進行超聲波局部放電檢測，如圖3所示。檢測位置選擇開關底座，隨后對A、B兩相開關進行測試數據對比，測試數據如表1所示。

圖3 超聲波C相測試數據

表1 超聲波局放檢測結果mV

根據檢測結果可知：C相信號幅值較大且局放信號穩定，與其他兩相相比出現明顯增長，說明內部存在較大放電。50 Hz相關性和100 Hz相關性較明顯，且100 Hz相關性比50 Hz相關性大，說明存在由于設備內部部件松動引起放電。從圖3可以看出，放電一般發生在電壓上升沿，并且產生較為連續的包絡線，一個周期內有兩簇信號集中度不太明顯的聚集點，說明可能存在因接觸松動而造成的電位懸浮放電。同時從相位模式也可以看出呈現多條豎線痕跡，并在180°左右兩側分布，對稱均勻度不明顯，說明可能內部存在機械振動。

2.1.3 SF6氣體濕度檢測以及分解物檢測

《山東電力集團公司十八項電網重大反事故措施》中規定：對于帶電局部放電檢測發現局放量異常的設備，應同時結合SF6氣體分解物檢測技術進行綜合分析和判斷。因此對該COMPASS設備進行SF6氣體濕度檢測和分解物檢測。

1）SF6氣體濕度檢測。測試時110 kV開關壓力為0.6 MPa。SF6氣體濕度測試結果為80 μL／L，小于狀態檢修試驗規程中要求的運行中注意值300 μL／L。氣體濕度檢測結果顯示正常。

2）SF6氣體分解物檢測。SF6氣體分解物測試結果如表2所示。

表2 氣體分解物測試數據μL／L

國網公司送變電（2010）11號《電力設備帶電檢測技術規范（試行）》規定，該開關分解物SO2組份為3.8μL／L，超出正常值2 μL／L，但未達到缺陷標準5 μL／L，為注意狀態，分解物含量偏高，內部可能存在低能量放電或接近500℃過熱性故障。

2.2 異常情況跟蹤

對設備開展追蹤診斷性帶電檢測工作，檢測數據如表3、表4所示。試驗數據表明：超聲波局放檢測幅值不斷增大，分解物含量持續增高，已達到缺陷標準，設備內部存在嚴重放電情況，應盡快對該臺設備進行停電檢修。

表3 超聲波檢測結果mV

表4 SF6氣體分解物測試結果μL／L

2.3 設備檢修解體

2014-03-30，檢修人員對該開關進行解體檢修時，發現C相斷路器分閘彈簧均存在嚴重的銹蝕現象，防護罩內有大量的鐵屑，如圖4所示。

圖4 分閘彈簧及其防護罩

對開關滅弧室進行解體后，發現滅弧室均存在屏蔽罩固定鉚釘斷裂的情況，有兩個鉚釘已脫落，如圖5所示。

Application of Live Detection Technology on COMPASS

LI Cong，WANG Wanbao，FU Zhaoyuan，XU Zhiyuan，LI Xiaolei
（State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250001，China）

A new live detection technology is introduced which is applied on COMPASS.The detection principle and method of UHF，ultrasonic testing，SF6decomposition detection and infrared detection are analyzed.One actual application case on a 110 kV COMPASS switch is described in order to testify the significance of live detection technology，in other words，it plays a vital role in detecting equipment internal fault，monitoring equipment status and improving reliability of COMPASS.

COMPASS；ultrasonic；UHF；SF6decomposition；infrared thermography

TM595

B

1007－9904（2015）04－0064－03