淺談HGIS設(shè)備局部放電缺陷的判斷及處理方法

張曉杰

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 江門供電局

摘要：本文首先分析了HGIS設(shè)備相比傳統(tǒng)的GIS（全封閉組合高壓電器）的優(yōu)點(diǎn)。并闡述了HGIS設(shè)備局部放電缺陷的判斷方法原理以及如何處理。局部放電檢測對于保證HGIS設(shè)備的運(yùn)行以及對設(shè)備內(nèi)部潛在缺陷判斷方面扮演著重要角色。本文通過闡述和分析HGIS設(shè)備局部放電缺陷，提供了一些方法和經(jīng)驗(yàn)，以期冀可以為相關(guān)專業(yè)或同行帶來一些參考及借鑒。

關(guān)鍵詞：HGIS；設(shè)備；局部放電；缺陷 方法

1.引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，以及日益增長的電力需求，人們對于電網(wǎng)可靠性的要求不斷增高，同時(shí)由于電網(wǎng)建設(shè)用地的需求不斷增大，建立緊湊型變電站并使其更智能、更可靠成為當(dāng)今電網(wǎng)發(fā)展的新方向。2003年，首臺(tái)HGIS（HGIS-Hybrid Gas Insulated）設(shè)備投入中國市場開始商業(yè)運(yùn)行，由于HGIS設(shè)備具有性價(jià)比高、操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠易于安裝維修方便等特點(diǎn)，受到廣大電力用戶和企業(yè)的歡迎。目前HGIS 設(shè)備已在我國多個(gè)電網(wǎng)應(yīng)用。然而由于我國HGIS設(shè)備在應(yīng)用于變電站研究方面起點(diǎn)比較低，技術(shù)設(shè)備落后，在設(shè)計(jì)、調(diào)試運(yùn)行等方面經(jīng)驗(yàn)不足，不能很好地把握設(shè)備的原理和運(yùn)行中危險(xiǎn)點(diǎn)。同時(shí)隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，對HGIS 設(shè)備需求不斷增大，但由于行業(yè)魚龍混雜，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，由于原件選擇不當(dāng)、裝配工藝不過關(guān)等造成的電網(wǎng)事故明顯上升。因此對HGIS 設(shè)備開展局部放電監(jiān)測很有必要，可以及時(shí)消除安全隱患，保障電網(wǎng)的正常運(yùn)行。本文通過闡述和分析HGIS設(shè)備局部放電缺陷，提供了一些方法和經(jīng)驗(yàn)，以期冀可以為相關(guān)專業(yè)或同行帶來一些參考及借鑒。

2.HGIS設(shè)備簡介

2.1 HGIS設(shè)備的特點(diǎn)

HGIS是通過將AIS與GIS的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合改良而出的一種混合型的GIS設(shè)備。其結(jié)構(gòu)與GIS設(shè)備基本一樣，參照敞開式間隔劃分標(biāo)準(zhǔn)，HGIS設(shè)備最鮮明的特點(diǎn)是將電流互感器、斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)等元器件參照GIS形式分相組合在一個(gè)封閉金屬殼體內(nèi)，并由出線套管通過軟導(dǎo)線與敞開式電壓互感器和敞開式母線及和避雷器進(jìn)行電氣連接，布置成混合型變電裝置。HGIS設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，安裝檢修方便，主要是由于母線不安放在SF6氣室內(nèi)。HGIS設(shè)備應(yīng)用于電力電網(wǎng)建設(shè)中不僅對常規(guī)GIS設(shè)備占地面積大，外漏部件多、維護(hù)難度大等方面得到提升，而且HGIS設(shè)備更具備性價(jià)比高、線路連接簡單運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)勢。

2.2 HGIS與GIS的區(qū)別

HGIS設(shè)備的形式和主要功能幾乎完全借鑒了GIS設(shè)備。HGIS設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)是安全可靠、抗震能力強(qiáng)、適應(yīng)環(huán)境的能力強(qiáng)、維護(hù)費(fèi)用低、操作簡便等。HGIS設(shè)備采用了軟導(dǎo)線與敞開式電壓互感器和敞開式母線及和避雷器進(jìn)行電氣連接方式，因此費(fèi)用只有GIS設(shè)備的65%左右。假如一座變電站采用GIS設(shè)備，因?yàn)镚IS設(shè)備的母線和內(nèi)部變電氣室的造價(jià)比較高，所以當(dāng)要延長出線時(shí)，就必須對GIS內(nèi)部氣室進(jìn)行重新規(guī)劃，這些將使成本造價(jià)大大提高，并且在后期變電站需要擴(kuò)建或重新規(guī)劃時(shí)，往往GIS設(shè)備會(huì)導(dǎo)致改造工序比較復(fù)雜，還會(huì)造成大面積停電，投資成本也會(huì)比較高。而HGIS設(shè)備利用的是敞開式母線結(jié)構(gòu)，變電站后期擴(kuò)容時(shí)不必對內(nèi)部電氣室進(jìn)行改造，僅僅需要對母線采取延長操作即可，不僅改造工序簡單而且減少投資量，改造周期也相比GIS設(shè)備比較短，無需長時(shí)間大面積停電，降低了由于停電造成的損失，保障了電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

3.造成HGIS 設(shè)備內(nèi)部局部放電的主要原因

絕緣制造技術(shù)不達(dá)標(biāo)、安裝環(huán)境不良以及HGIS 設(shè)備內(nèi)部不潔凈等都會(huì)造成HGIS 設(shè)備存在缺陷，導(dǎo)致HGIS 設(shè)備內(nèi)部局部放電。主要存在以下情況：（1）HGIS 設(shè)備絕緣體內(nèi)殘存有金屬顆粒；（2）導(dǎo)體或絕緣體內(nèi)存在突出物；（3）導(dǎo)體接觸不良；（4）絕緣體表面殘存的固定微粒；（5）絕緣體殘缺可能存有氣隙裂紋等；（6）存有懸浮電位體。

4局部放電缺陷的判斷的主要方法

4.1超聲波法

當(dāng)HGIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)使氣室周圍溫度升高，劇烈碰撞的分子瞬時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力，從而產(chǎn)生擾動(dòng)并以聲波的形式傳播即超聲波脈沖，類型主要包括橫波，縱波和表面波。HGIS 設(shè)備中只有縱波沿氣體方向傳播，這種超聲縱波按照球面波的形式以特定的速度向四周傳播。因?yàn)槌暡ň哂休^短的波長，所以這種超聲波具有較強(qiáng)的方向性，因此這種超聲波的能量比較集中，想要檢測到這種沿金屬傳播的超聲波可以利用特制的聲探頭便可檢測到，通過這種方法就可間接檢測到HGIS設(shè)備內(nèi)部的局部放電。這種方法其實(shí)就是在HGIS 設(shè)備外部加裝傳感器，調(diào)節(jié)傳感器的諧振范圍在20～100 kHz內(nèi)。特別是對于移動(dòng)顆粒，此方法比傳統(tǒng)的測量法和UHF 法更具有優(yōu)越性，具有更高的靈敏度。利用超聲波檢測局部放電的主要特點(diǎn)有：（1）通過HGIS 設(shè)備體外傳感器，操作方便，使用簡單快捷；（2）能夠很好的依據(jù)超聲信號(hào)的時(shí)差和減弱來檢測，達(dá)到定位局部放電的目的；（3）由于有效檢測范圍有限，超聲傳感器檢測點(diǎn)較多，因此效率較低；（4）具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力；（5）因多數(shù)局部放電超聲信號(hào)較微弱，超聲信號(hào)在傳播方向上衰減速度較快，所以大多數(shù)情況下檢測的靈敏度比較低；（6）可以通過超聲信號(hào)的頻率、波形和減弱等特點(diǎn)進(jìn)行局部放電診斷。

4.2化學(xué)監(jiān)測法

化學(xué)監(jiān)測法通過分析氣體分解物的含量來確定HGIS 局部放電程度。影響化學(xué)監(jiān)測法檢測結(jié)果的因素比較多，因此化學(xué)監(jiān)測發(fā)靈敏度較低。影響因素主要有（1）當(dāng)斷路器接通斷開時(shí)將會(huì)產(chǎn)生電弧，這些電弧造成的氣體生成物將會(huì)嚴(yán)重影響檢測結(jié)果。（2）SF6氣體會(huì)大量稀釋脈沖放電產(chǎn)生的分解物。（3）HGIS設(shè)備中的吸附劑和干燥劑也會(huì)影響檢測結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用中，只有當(dāng)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生了大范圍的閃絡(luò)故障，并且釋放出大量SO2、HF 等分解物時(shí)，化學(xué)監(jiān)測法才有效。

4.3超高頻法

當(dāng)局部放電在HGIS設(shè)備中發(fā)生時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很陡的電流脈沖，并以電磁波的形式向四周擴(kuò)散。超高頻法的原理就是通過傳感器將局部放電產(chǎn)生的電磁波接受，并對所接受的電磁波加以具體分析。超高頻法所接受的電磁波的下限頻率在300 MHz 以上，所以它會(huì)將由于電暈放電引起的干擾信號(hào)排除掉，其最大的優(yōu)越性在于抗干擾性能力強(qiáng)。利用UHF 方法進(jìn)行測量時(shí)一般會(huì)要求在HGIS 設(shè)備上安裝內(nèi)部耦合器。如果利用超高頻法須在HGIS 設(shè)備制造過程中就要加以考慮，因此這種方法主要用于重要變電站HGIS設(shè)備的在線檢測。

4.4光學(xué)監(jiān)測法

由于光電倍增器具有很高的靈敏度，因此光學(xué)監(jiān)測法連一個(gè)光子的發(fā)射也能檢測到。然而由于SF6氣體和玻璃會(huì)強(qiáng)烈吸收發(fā)出的射線，因此該方法存在一定的缺陷。光學(xué)監(jiān)測法能夠很好的應(yīng)用到已知位置的放電源監(jiān)測中，但并沒有故障定位功能，同時(shí)由于HGIS 設(shè)備內(nèi)壁光滑會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象，實(shí)際的監(jiān)測靈敏度較低。

5.結(jié)束語

綜上所述，本文通過對比HGIS設(shè)備與常規(guī)的GIS設(shè)備的區(qū)別，使人們能夠認(rèn)識(shí)到HGIS設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的強(qiáng)大優(yōu)勢。同時(shí)HGIS設(shè)備改進(jìn)了GIS設(shè)備，使其更加安全可靠、抗震能力更強(qiáng)、更能適應(yīng)環(huán)境的、維護(hù)費(fèi)用更低、操作更加簡便。隨著我國電力事業(yè)的不斷發(fā)展和不斷完善，HGIS設(shè)備以其占地面積小、維護(hù)檢點(diǎn)可靠安全等優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)的應(yīng)用中將更具優(yōu)勢，將極大地推動(dòng)我國電力事業(yè)不斷發(fā)展。進(jìn)行HGIS設(shè)備局部放電缺陷的判斷方法的研究不僅可以提高HGIS設(shè)備的安全運(yùn)行水平，同時(shí)也對保障我國電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重大意義。

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