多種狀態(tài)檢修技術(shù)排查罐式金屬氧化物避雷器絕緣老化

潘 超，童 鑫，秦 鵬，楊治綱，周章斌

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司 合肥供電公司，合肥 230022）

狀態(tài)檢修 （CBM）是指根據(jù)先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)提供的設(shè)備狀態(tài)信息，判斷設(shè)備的異常，預(yù)知設(shè)備的故障，在故障發(fā)生前進(jìn)行檢修的方式，即根據(jù)設(shè)備的健康狀態(tài)來(lái)安排檢修計(jì)劃，實(shí)施設(shè)備檢修。相較于原來(lái)的定期例行檢修，狀態(tài)檢修可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的潛在不安全因素，排除因檢修周期未到而無(wú)法及時(shí)消除隱患的弊端，同時(shí)，對(duì)于運(yùn)行狀態(tài)良好的設(shè)備，可適當(dāng)延長(zhǎng)檢修周期，避免人力、物力不必要的浪費(fèi)，所以國(guó)家電網(wǎng)公司近期正大力推行和深化狀態(tài)檢修。由于目前不同電力設(shè)備的狀態(tài)檢修技術(shù)發(fā)展并不平衡，各種狀態(tài)檢修儀器制造商的水平也良莠不齊，因此國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布的狀態(tài)檢修規(guī)程對(duì)于狀態(tài)檢修的檢測(cè)數(shù)據(jù)判斷尚不完善，對(duì)于電力設(shè)備是否存在缺陷的判定仍需進(jìn)行進(jìn)一步研究。

氣體絕緣全封閉式組合電器 （GIS）因優(yōu)點(diǎn)多，近年來(lái)在新投運(yùn)的變電站已普遍采用，然而由于開(kāi)罐解體檢修繁瑣，并且可能存在其他隱患，所以對(duì)于GIS內(nèi)部元器件缺陷的判定需要尤為慎重。其中，GIS用的罐式MOA大量存在于GIS中，因其封閉在氣室內(nèi)，對(duì)于其狀態(tài)量的檢測(cè)存在較大的難度，并且由于其既存在普通戶外式避雷器的特點(diǎn)，又具有GIS的特點(diǎn)，所以需要利用聯(lián)合普通戶外式避雷器和GIS的狀態(tài)檢修技術(shù)進(jìn)行綜合檢測(cè)判斷。本文以合肥供電公司某220 kV變電站罐式MOA絕緣老化進(jìn)行排查為例，介紹案例中所使用的避雷器放電記數(shù)在線監(jiān)測(cè)、運(yùn)行中持續(xù)電流檢測(cè)以及GIS超聲波局放檢測(cè)等狀態(tài)檢修技術(shù)，旨在為罐式MOA絕緣老化隱患排查提供有價(jià)值的參考。

1 案例經(jīng)過(guò)

某220kV變電站110kV GIS設(shè)備于2007年11月24日投入運(yùn)行，其220kV 1號(hào)主變110 kV側(cè)A相避雷器型號(hào)為Y10WF-106／266，由新東北電氣（沈陽(yáng)）高壓開(kāi)關(guān)有限公司制造。2012年2月在設(shè)備巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)其在線監(jiān)測(cè)儀顯示泄露電流約為0.68mA，其余兩相均顯示約為0.5 mA，但設(shè)備運(yùn)行暫時(shí)無(wú)明顯異常。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步跟蹤關(guān)注，合肥供電公司于2012年3月12日安排專業(yè)班組和相關(guān)設(shè)備廠家人員對(duì)該間隔避雷器進(jìn)行運(yùn)行中持續(xù)電流檢測(cè)和GIS局放檢測(cè)。其中，帶電測(cè)試結(jié)果與在線監(jiān)測(cè)儀顯示數(shù)值一致，并且A相阻性電流為330μA，B、C相阻性電流分別為38、45μA，符合文獻(xiàn)［1］中5.16.1.4規(guī)定的“與同組間其他避雷器測(cè)量結(jié)果相比較，增加1倍時(shí)應(yīng)停電檢修”，同時(shí)GIS超聲波局放檢測(cè)也確定該處有帶電粒子并存在局部放電現(xiàn)象。鑒于綜上所述的試驗(yàn)結(jié)果，合肥供電公司決定將該避雷器從GIS上脫離進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明該項(xiàng)避雷器確已發(fā)生絕緣老化。

2 檢測(cè)分析方法

本次的缺陷消除過(guò)程中運(yùn)用了多種狀態(tài)檢修技術(shù)，主要包括避雷器放電記數(shù)在線監(jiān)測(cè)［2］、避雷器運(yùn)行中持續(xù)電流檢測(cè)［3］和GIS超聲波局放檢測(cè)技術(shù)［4］。綜合這些狀態(tài)檢修技術(shù)共同確立該項(xiàng)缺陷，并最終在缺陷沒(méi)有造成損失之前進(jìn)行消除。

2.1 避雷器放電記數(shù)在線監(jiān)測(cè)

避雷器放電記數(shù)在線監(jiān)測(cè)是目前較常見(jiàn)的技術(shù)，無(wú)論是GIS變電站中的避雷器還是敞開(kāi)式變電站中的避雷器都采用了此項(xiàng)技術(shù)，一般與避雷器共同投運(yùn)［5］。

（1）檢測(cè)的狀態(tài)量

本項(xiàng)在線檢測(cè)技術(shù)主要檢測(cè)避雷器在運(yùn)行過(guò)程中的放電次數(shù)和泄露電流（全電流Ix）。放電次數(shù)主要表征該避雷器限制過(guò)電壓的次數(shù)，泄露電流主要表征該避雷器運(yùn)行過(guò)程中整體的絕緣狀況［6］。這兩項(xiàng)狀態(tài)量是表征避雷器運(yùn)行狀態(tài)的兩項(xiàng)重要基本參數(shù)，也是較為容易檢測(cè)的量，所以目前該項(xiàng)狀態(tài)檢修技術(shù)使用的非常普遍。

（2）檢測(cè)方法

本項(xiàng)技術(shù)的在線監(jiān)測(cè)儀主要由閥片、整流硅堆、電容器和電磁記數(shù)器等組成，將該在線監(jiān)測(cè)儀串聯(lián)在避雷器底座法蘭和地線之間即可［7］。

（3）測(cè)試結(jié)果

本次案例中的缺陷最初即是通過(guò)避雷器放電記數(shù)在線監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)的，在進(jìn)行設(shè)備巡視過(guò)程中，有關(guān)人員在進(jìn)行設(shè)備巡視時(shí)，發(fā)現(xiàn)220kV某變電站220kV 1號(hào)主變110kV側(cè)三相避雷器泄露電流值之間存在差異，具體值如表1所示。

表1 放電記數(shù)器在線監(jiān)測(cè)儀顯示數(shù)據(jù)

由于相關(guān)的規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于泄露電流Ix尚無(wú)明確條文并且設(shè)備運(yùn)行無(wú)明顯異常，因此決定對(duì)該間隔進(jìn)行進(jìn)一步跟蹤關(guān)注，并安排相關(guān)專業(yè)人員利用其他狀態(tài)檢修技術(shù)進(jìn)行復(fù)測(cè)。

2.2 避雷器運(yùn)行中持續(xù)電流檢測(cè)

避雷器運(yùn)行中持續(xù)電流檢測(cè)也是一項(xiàng)常規(guī)的帶電檢測(cè)技術(shù)，也是MOA的一項(xiàng)例行試驗(yàn)項(xiàng)目，文獻(xiàn)［1］中5.16.1.4規(guī)定“具備帶電檢測(cè)條件時(shí)，宜在每年雷雨季節(jié)前進(jìn)行本項(xiàng)目”。

（1）檢測(cè)的狀態(tài)量。本項(xiàng)狀態(tài)檢修技術(shù)有多種測(cè)試方法，主要包括阻性電流基波法、三次諧波法、容性電流補(bǔ)償法、零序電流法等［8-10］。目前使用較為普遍的阻性電流基波法，主要檢測(cè)避雷器在運(yùn)行過(guò)程中的阻性電流IR和全電流Ix。阻性電流IR是避雷器運(yùn)行過(guò)程中的一項(xiàng)重要狀態(tài)量，當(dāng)避雷器的閥片老化、避雷器受潮、內(nèi)部絕緣部件受損以及表面嚴(yán)重污穢時(shí)，其容性電流Ic變化不大，但是其阻性電流IR會(huì)有明顯增加［11］。

（2）檢測(cè)方法。避雷器運(yùn)行中各持續(xù)電流分量及電壓之間的關(guān)系如圖1所示。由于避雷器泄露電流（全電流）Ix中的阻性分量IR與流過(guò)避雷器的電壓U同相位，所以圖1中所示φ既表示阻性電流IR與全電流Ix之間的相位角，也表示電壓U與全電流Ix之間的相位角。為了檢測(cè)出阻性電流IR，只需檢測(cè)出全電流Ix以及全電流Ix與電壓U之間的相位角φ即可［12］。具體裝置工作原理圖［13］如圖2所示。

（3）測(cè)試結(jié)果。本項(xiàng)技術(shù)的檢測(cè)結(jié)果是最終確定本案例中缺陷的重要佐證，本次檢測(cè)結(jié)果如表2所示，往年檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

圖1 避雷器運(yùn)行中各持續(xù)電流分量及電壓之間的關(guān)系

圖2 避雷器運(yùn)行中持續(xù)電流檢測(cè)裝置原理圖

表2 本次避雷器運(yùn)行中持續(xù)電流檢測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)文獻(xiàn)［1］中5.16.1.4“通過(guò)與歷史數(shù)據(jù)與同組間其他金屬氧化物避雷器的測(cè)量結(jié)果相比較做出判斷，彼此應(yīng)無(wú)顯著差異。當(dāng)阻性電流增加0.5倍時(shí)應(yīng)縮短試驗(yàn)周期并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，增加1倍時(shí)應(yīng)增加停電檢查。”的規(guī)定，某變電站220kV 1號(hào)主變110kV側(cè)A相避雷器，阻性電流增加已遠(yuǎn)高于1倍，該避雷器應(yīng)進(jìn)行停電檢查。由于該避雷器處在SF6氣體絕緣的套筒中，屬于GIS的一部分，該避雷器又具有GIS的特點(diǎn)［14］，但僅靠避雷器運(yùn)行中持續(xù)電流帶電檢測(cè)仍無(wú)法確定為是否為該避雷器的缺陷以及何種缺陷。

2.3 GIS超聲波局放檢測(cè)

GIS超聲波局放檢測(cè)是近年來(lái)剛剛開(kāi)展的工作項(xiàng)目，2014年1月10日施行的文獻(xiàn)［1］中新增的GIS例行試驗(yàn)項(xiàng)目，原《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》［15］中尚無(wú)該工作項(xiàng)目。

（1）檢測(cè)狀態(tài)量

各類GIS超聲波局放檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)的狀態(tài)量有所區(qū)別，總的來(lái)說(shuō)檢測(cè)的基本狀態(tài)量都為聲脈沖的次數(shù)、幅值、能量、相位或者波形等［4］。并且在這些基本狀態(tài)量的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理而獲得聲脈沖相關(guān)性特征指數(shù)（TAFI）、聲脈沖特征指數(shù)分布（TAFID）等，進(jìn)而識(shí)別接地或帶電部分上的凸起、自由移動(dòng)或固定顆粒、絕緣子中的氣泡和缺陷以及電位懸浮或機(jī)械松動(dòng)屏蔽［16］等各類缺陷的。

（2）檢測(cè)方法

在局部放電瞬間產(chǎn)生電弧，或氣體絕緣開(kāi)關(guān)的游離粒子產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，并與殼體產(chǎn)生碰撞，都會(huì)產(chǎn)生聲脈沖。該聲脈沖的持續(xù)時(shí)間極短，具有人耳聽(tīng)不見(jiàn)的較高頻率［17］。它可在氣體及變壓器油等介質(zhì)中傳播，并被安裝于GIS或變壓器外殼的高靈敏度的聲發(fā)射傳感器探測(cè)到。通過(guò)掌上型聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲(chǔ)及信號(hào)處理，可去除噪聲，達(dá)到識(shí)別局放信號(hào)或游離粒子碰撞信號(hào)的目的。

（3）測(cè)試結(jié)果

本項(xiàng)技術(shù)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步確認(rèn)了本案例中發(fā)生的缺陷，其現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)如圖3所示。

由圖3（b）可得，特征指數(shù)1中聲脈沖有明顯集中，基本呈線狀，可基本判斷存在一定的局放或者帶電顆粒［18-20］。在圖3（a）、（c）及（d）中暫時(shí)無(wú)法判斷是否存在缺陷，為了進(jìn)一步確認(rèn)該間隔是否存在缺陷，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的分析提取，結(jié)果如圖4所示。

從圖4（a）中可得，該脈沖信號(hào)分別在135°和315°達(dá)到最大幅值，從圖4（b）可得，在一個(gè)周期內(nèi)聲脈沖的幅值與相位基本呈對(duì)稱分布，且放電幅值分布較廣，符合局放信號(hào)呈180°對(duì)稱的特征規(guī)律［21-22］，可以確認(rèn)此處存在局部放電。

表3 往年避雷器運(yùn)行中持續(xù)電流檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖3 GIS超聲波局放檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)

圖4 對(duì)GIS超聲波局放檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析提取結(jié)果

2.4 停電檢查

綜合上述狀態(tài)檢修技術(shù)手段，經(jīng)過(guò)分析討論，最終決定將該避雷器從GIS上脫離。從現(xiàn)場(chǎng)看該避雷器無(wú)明顯放電痕跡，對(duì)該避雷器進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試和直流1mA電壓（U1mA）及0.75U1mA下的泄露電流測(cè)試，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 絕緣電阻測(cè)試、直流1mA電壓（U1mA）及0.75 U1mA下的泄露電流測(cè)試數(shù)據(jù)

由表4中試驗(yàn)數(shù)據(jù)可確認(rèn)A相避雷器絕緣確已老化［5］，需更換。

3 結(jié)語(yǔ)

避雷器放電記數(shù)在線監(jiān)測(cè)、避雷器運(yùn)行中持續(xù)電流檢測(cè)和GIS局放超聲波檢測(cè)技術(shù)確能發(fā)現(xiàn)避雷器絕緣老化。

由于狀態(tài)檢修技術(shù)仍處于發(fā)展階段并且測(cè)試儀器廠家眾多，對(duì)于上述單一狀態(tài)檢修技術(shù)的測(cè)試結(jié)果仍無(wú)法完全信賴，需要多種狀態(tài)檢修技術(shù)共同驗(yàn)證。

狀態(tài)檢修技術(shù)可以在設(shè)備發(fā)生事故之前發(fā)現(xiàn)其缺陷，避免發(fā)生設(shè)備所造成的損失，保證電網(wǎng)、設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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