基于聲電聯(lián)合法的GIS局部放電檢測分析

趙廷志，陳仁剛，馮新巖，王鳳超

（國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南250021）

基于聲電聯(lián)合法的GIS局部放電檢測分析

趙廷志，陳仁剛，馮新巖，王鳳超

（國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南250021）

聲電聯(lián)合檢測法是GIS局部放電檢測的重要手段。采用特高頻法、超聲波法以及聲電聯(lián)合定位法準(zhǔn)確判斷一起隔離開關(guān)懸浮放電的故障，解體檢查后驗證了檢測結(jié)果。給出了聲電聯(lián)合定位的基本方法，能夠有效地定位放電源。同時，發(fā)現(xiàn)隔離開關(guān)絕緣拉桿結(jié)構(gòu)件加工尺寸誤差過大、接觸不良都會造成懸浮放電。

聲電聯(lián)合法；懸浮放電；接觸不良

0 引言

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（gas insulated switchgear，GIS）由于占地面積少、受外界環(huán)境影響小、運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點，一直廣泛應(yīng)用于高壓輸變電領(lǐng)域［1］。GIS內(nèi)部元件的精準(zhǔn)制造與標(biāo)準(zhǔn)裝配是GIS安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提。加工工藝、裝配技術(shù)以及安裝環(huán)境不滿足要求時，會在GIS內(nèi)部留下隱患，如金屬微粒、尖端和絕緣氣隙等。部分微小缺陷放電能量較小、比較隱蔽，在GIS耐壓試驗過程中不足以直接引起絕緣擊穿，不易檢測和發(fā)現(xiàn)；但隨著GIS的長期運(yùn)行，這些微小的缺陷會逐漸發(fā)展，放電通道變長、放電能量劇增，導(dǎo)致GIS絕緣下降，并最終造成GIS絕緣擊穿［2-4］。對正常運(yùn)行中的GIS開展局部放電監(jiān)測是發(fā)現(xiàn)GIS絕緣隱患、保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。

超聲波局放檢測法是目前GIS局部放電檢測應(yīng)用最成熟的聲學(xué)檢測法。超聲波檢測法接收局放源發(fā)出的超聲波信號，受外界噪聲的影響小，抗干擾能力強(qiáng)。超聲波檢測法可以對放電源進(jìn)行精確定位，但由于超聲波信號在固體盆式絕緣子內(nèi)部傳播時衰減較大，超聲波檢測法對于絕緣子內(nèi)部以及表面放電靈敏度不夠。脈沖電流法和特高頻測試法是局部放電的電氣檢測法［6］。脈沖電流法是目前國際上唯一有標(biāo)準(zhǔn)的局部放電檢測方法，但脈沖電流法并不適于GIS的現(xiàn)場局放檢測［5］。特高頻檢測法通過檢測局部放電過程中所產(chǎn)生的電磁波信號（300～3 000 MHz），實現(xiàn)局部放電的檢測和定位，具有很強(qiáng)的抗干擾性能［7-8］。特高頻法是接收局放源的電磁信號，因此對于GIS罐體中的自由金屬顆粒缺陷不靈敏。

GIS局部放電的聲電聯(lián)合測試法是特高頻測試法與超聲波測試法的結(jié)合。在特高頻法、超聲波普測過程中，如若發(fā)現(xiàn)異常信號，兩種方法可互相驗證且通過聲電聯(lián)合實現(xiàn)精確定位。在放電源定位后，對相應(yīng)GIS氣室SF6氣體組成進(jìn)行檢測分析，是對GIS局部放電源的輔助診斷驗證方法。上述3種方式相結(jié)

合的檢測模式是一種非常有效的GIS局放檢測模式。

1 現(xiàn)場設(shè)備異常狀況

試驗人員在某500 kV變電站帶電檢測過程中發(fā)現(xiàn)某220 kV出線隔離開關(guān)A相氣室超聲波檢測信號異常。使用AIA超聲波局放檢測儀測量，A相氣室某點的連續(xù)檢測模式下，信號峰值為304 mV，信號的頻率成分相關(guān)性中100 Hz頻率成分明顯大于50 Hz頻率成分。該隔離開關(guān)B相以及C相超聲波信號無異常，信號峰值為0.6 mV，頻率成分相關(guān)性為0，近似背景噪聲信號。

2 現(xiàn)場檢測與分析

2.1 現(xiàn)場檢測

特高頻局部放電檢測。為了進(jìn)一步確認(rèn)A相隔離開關(guān)的異常放電信號，采用特高頻T90局放檢測儀在A相隔離開關(guān)氣室的兩端盆式絕緣子上測量。在PRPD圖譜中放電信號在正負(fù)半周均出現(xiàn)，呈現(xiàn)出比較明顯的對稱兩簇信號；在PRPS圖譜中，信號峰值最大可達(dá)到61 dB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該處的背景值，且信號脈沖出現(xiàn)的較少。

SF6氣體組分檢測。采用SF6氣體組分測試儀對隔離開關(guān)氣室氣體進(jìn)行分析，檢測結(jié)果為A相隔離開關(guān)氣室氣體中SO2體積分?jǐn)?shù)為0.2 μL／L、H2S體積分?jǐn)?shù)為0.3 μL／L。又分別測量了A相隔離開關(guān)相鄰氣室以及B相、C相隔離開關(guān)氣室的氣體組分，SO2和H2S氣體體積分?jǐn)?shù)均為0。

對檢查結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)超聲波信號圖譜中，信號峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過背景值，100 Hz成分相關(guān)性較強(qiáng)；特高頻圖譜中信號峰值大，放電信號在正負(fù)半周均出現(xiàn)，呈現(xiàn)出比較明顯的對稱兩簇信號，放電信號脈沖少。結(jié)合兩種檢測方式可知：該處異常信號具有典型的懸浮放電特征，且放電信號幅值較高、危害較大。SF6氣體組分檢測，氣室中含有微量的SO2、H2S，根據(jù)研究，這兩種氣體是氣體間隙放電的特征氣體。

2.2聲電聯(lián)合定位

聲電聯(lián)合定位法需要1路特高頻信號和2路超聲波信號。以特高頻信號出現(xiàn)的時刻為起始點，沿GIS罐體軸向方向移動兩個超聲波傳感器，當(dāng)兩個超聲波傳感器的信號與特高頻信號之間的時間差相同時，則局放點在兩個超聲波傳感器的垂直平分面上。如圖1所示，A、B兩點為超聲波傳感器的位置，A、B兩點連線的垂直平分面與GIS罐體的截面為S1，局放源在面S1上。沿著截面S1的邊線放置兩個超聲波傳感器，尋找到C、D兩點使得兩個超聲信號與特高頻信號時間差相等，則放電點位于C、D連線的中垂線E、F上。在E、F兩點放置超聲波傳感器再次測量即可精確定位放電源的位置。

圖1定位原理

圖2為A相隔離開關(guān)局放點定位測試布置圖。定位時將特高頻傳感器放置在特高頻信號幅值較高的氣室一端盆式絕緣子上，將兩個超聲波傳感器放置在隔離開關(guān)上下兩端。

圖2 A相隔離開關(guān)局放定位布置

經(jīng)過反復(fù)移動超聲波傳感器，尋找兩路超聲信號與特高頻信號時間差相等的位置。首先沿隔離開關(guān)導(dǎo)體筒方向移動2個超聲波傳感器，發(fā)現(xiàn)2個超聲波傳感器位于隔離開關(guān)操作桿筒體兩側(cè)時，兩路超聲信號重合，由此確定局放源所在的平面S1為2個超聲傳感器所在位置中垂面與GIS罐體的截面。截面S1主要位于A相隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)筒上面。在S1邊線上繼續(xù)移動超聲傳感器，進(jìn)而得到E、F兩點時的波形如圖3所示。圖中黃色信號為超聲傳感器1所測得的信號，紫色信號為超聲傳感器2的信號。

超聲傳感器1信號與特高頻信號存在約100 μs的時間差，超聲傳感器2信號與特高頻信號存在約200 μs的時間差。根據(jù)定位原理，超聲傳感器1即為E點，且此時傳感器1貼近A相隔離開關(guān)頂部。根據(jù)SF6中超聲波信號傳播速度約140 m／s，放電源與超聲傳感器1之間的距離約為14 mm。2個超聲信號之間時間差近80 μs，則局放源超聲信號傳遞到2個超聲傳感器的路程差約為12 mm，考慮到機(jī)構(gòu)筒的實際尺寸，局放源應(yīng)位于隔離開關(guān)氣室上部隔離開關(guān)傳動機(jī)構(gòu)附近。

圖3 聲電聯(lián)合檢測波形

2.3 解體檢查

停電后，檢修人員對A相隔離開關(guān)氣室進(jìn)行解體，解體后發(fā)現(xiàn)隔離開關(guān)傳動桿凹槽中有大量粉末，如圖4中紅色框所示。在長期運(yùn)行或者操作隔離開關(guān)過程中金屬粉末有可能散落到隔離開關(guān)部件表面或殼體底部，極易造成導(dǎo)電桿對GIS外殼閃絡(luò)擊穿等絕緣故障。

圖4 解體后的A相隔離開關(guān)氣室

3 故障原因分析

隔離開關(guān)絕緣操作桿處的裝配結(jié)構(gòu)如圖5所示。從圖中可以看出，絕緣拉桿通過前端鋁合金接頭卡槽與齒輪軸頂端扁口位置裝配到一起，通過齒輪軸帶動絕緣拉桿轉(zhuǎn)動進(jìn)行分合閘操作。絕緣拉桿鋁合金接頭外圍安裝四氟乙烯墊片、襯套。

圖5 絕緣拉桿與齒輪軸連接

根據(jù)隔離開關(guān)廠家設(shè)計圖紙上的公差要求可知，絕緣拉桿接頭卡槽處尺寸最大為12.15 mm。現(xiàn)場拆解的絕緣拉桿，經(jīng)過測量接頭卡槽處尺寸為12.36 mm，超出圖紙要求0.21 mm，加工誤差過大。該接頭與齒輪軸裝配后的實際效果如圖6所示。

圖6 絕緣拉桿卡槽處實際裝配

因為接頭卡槽加工過大，使齒輪軸與接頭之間最大可能產(chǎn)生0.41 mm的氣體間隙，鋁合金接頭與齒輪軸之間可能出現(xiàn)接觸不良的情況；設(shè)備運(yùn)行時卡槽存在懸浮電位，在兩個元件之間發(fā)生局部放電，長時間局部放電會產(chǎn)生金屬粉末。

此次A相隔離開關(guān)局部放電產(chǎn)生的原因為：在加工隔離開關(guān)操作桿時，未達(dá)到設(shè)計圖紙要求、誤差過大，裝配后使接頭與齒輪軸兩個元件之間存在氣體間隙、接觸不良，導(dǎo)致懸浮電位。

4 結(jié)語

結(jié)合特高頻局放檢測技術(shù)、超聲波局放檢測技術(shù)以及聲電聯(lián)合定位等技術(shù)準(zhǔn)確地診斷出一起隔離開關(guān)氣室懸浮放電的故障，并將放電源定位到隔離

開關(guān)氣室上部隔離開關(guān)傳動機(jī)構(gòu)附近；解體隔離開關(guān)氣室后發(fā)現(xiàn)的放電痕跡進(jìn)一步驗證了本次局放檢測的準(zhǔn)確性。

由于絕緣拉桿結(jié)構(gòu)件加工尺寸誤差過大，造成絕緣拉桿處裝配不合格，存在放電隱患。已要求廠家加強(qiáng)GIS元件加工過程中的管理，進(jìn)一步改進(jìn)該類型隔離開關(guān)絕緣欄桿處的結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加等電位連接措施。根據(jù)帶電檢測計劃重點監(jiān)測同一型號隔離開關(guān)氣室，并且縮短該型號隔離開關(guān)的帶電檢測周期。

采用的特高頻法、超聲波法以及聲電聯(lián)合檢測法是GIS局放檢測的有效手段；發(fā)現(xiàn)異常信號后，結(jié)合多種檢測技術(shù)，綜合分析判斷。本次通過局部放電檢測工作成功避免了一起GIS內(nèi)部潛在絕緣故障，保證了電網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行。

［1］金立軍，張明銳，劉衛(wèi)東．GIS局部放電故障診斷試驗研究［J］．電工技術(shù)學(xué)報，2005，20（11）：88-92．

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［4］錢勇，黃成軍，江秀臣，等．GIS中局部放電在線監(jiān)測現(xiàn)狀及發(fā)展［J］．高壓電器，2004，40（6）：453-456．

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Detection Analysis of GIS Partial Discharge Based on Acoustic-electric Method

ZHAO Tingzhi，CHEN Rengang，F(xiàn)ENG Xinyan，WANG Fengchao
（State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250021，China）

The acoustic-electric method is widely used in partial discharge（PD）detection of the gas insulation switchgear.A suspended discharge fault of the isolating switch was successfully diagnosed by using the ultrasonic method，UHF method and acoustic-electric method，and it was verified sufficiently by strip inspection.The discharge source location based on acousticelectric method which the partial discharge location could be located effectively was described.Simultaneously，it was found that both the large error of size of insulated tension pole of the isolating switch and poor contact can cause suspended discharge.

acoustic-electric method；suspended discharge；poor contact

TM595

A

1007－9904（2016）09－0035－04

2016-04-21

趙廷志（1989），男，工程師，從事電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢測工作。