一起252 kV 組合電器局放異常信號分析處理

施景壘， 宋云翔， 楊景剛， 王 晨， 肖 雷

(1. 國網江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇 南京 211103；2. 國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106)

一起252 kV 組合電器局放異常信號分析處理

施景壘1， 宋云翔2， 楊景剛1， 王 晨1， 肖 雷1

(1. 國網江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇 南京 211103；2. 國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106)

特高頻檢測技術作為一種有效的局部放電檢測技術，目前已在組合電器(GIS)檢測中廣泛應用。在帶電檢測過程中檢測到一處252 kV GIS盆式絕緣子有特高頻異常信號。對盆式絕緣子進行X光探傷檢測，發現內部存在數厘米長度氣孔，該結果與特高頻法檢測及定位結論相一致。對該盆式絕緣子進行工頻耐壓試驗及脈沖電流法局部放電試驗，卻均滿足出廠試驗的要求，說明廠內傳統的檢測方法有其一定的局限性。針對這個情況，提出了增設盆式絕緣子出廠前特高頻局部放電檢測等建議，從而進一步提高盆式絕緣子的出廠質量。

組合電器；帶電檢測；特高頻；解體；缺陷分析

0 引言

組合電器(GIS)由于具有占地面積小、運行可靠性高、檢修周期長等優點[1]，在電力系統得到了廣泛的應用。作為電力系統中重要的運行設備，GIS一旦發生故障，將會影響電力系統的正常供電，造成巨大的經濟損失和不良的社會影響。文中介紹了一起252 kV GIS設備局部放電異常案例，通過現場解體和后續試驗，分析了異常產生原因，提出了改進措施和建議，以提高GIS的運行可靠性。

1 GIS局部放電特征

設備內部發生局部放電時，將產生很陡的脈沖電流，從而激發頻率高達數吉赫茲的電磁波；放電時伴隨有爆裂狀的聲發射并產生超聲波，這兩種信號沿著介質向四周空間快速傳播。因此常用超聲波檢測法和特高頻檢測法檢測GIS內部放電情況。

GIS內部的常見缺陷有尖端放電、懸浮放電、自由顆粒放電、絕緣內部放電、沿面放電等。不同類型缺陷具有不一樣的放電特征[2-4]。導體尖端放電缺陷，在缺陷放電早期，工頻負半周呈現單峰特征，隨著放電程度的加劇，在工頻正半周會逐漸出現幅值較大的放電脈沖，呈現為雙峰特征；懸浮放電缺陷，放電幅值較大，單周期內放電次數較少，放電譜圖具有較明顯的對稱性；自由顆粒缺陷，放電隨機性較強，峰值較大，有效值較低，沒有相位特征；絕緣內部放電，放電相位具有對稱性，但正負半周的放電幅值和放電次數不一；沿面放電，在正負半周放電相對稱，放電幅值不一，缺陷發展較快。

特高頻檢測與超聲波檢測這兩種局部放電檢測方法對GIS內不同缺陷的檢測靈敏度[5-10]如表1所示。

表1 超聲波和特高頻檢測靈敏度

2 缺陷發現與跟蹤檢測

2.1 缺陷的發現

2015年8月，對某500 kV變電站帶電檢測，檢測到其252 kV GIS Ⅷ段母線7號氣室有特高頻異常信號，而超聲波檢測未發現異常，結構如圖1所示。

圖1 異常間隔示意圖Fig. 1 Schematic diagram of abnormal intervals

其中，紅色為氣隔型盆式絕緣子，藍色為通氣型盆式絕緣子，所有盆式絕緣子均為環氧澆注，無金屬鎧裝屏蔽。

現場采用特高頻檢測發現圖1中1號至3號通盆處均存在異常信號，圖譜呈單峰特征(如圖2所示)，且信號持續存在。

圖2 特高頻異常信號及定位譜圖Fig. 2 Abnormal signal and location of UHF

經特高頻時延法[11-15]定位，黃、綠、紅3個通道分別為1號、2號、3號盆子處特高頻信號。如圖2(c)所示，2號通氣盆子處信號分別超前1號、3號盆子處信號約10 ns，與盆子間距3 m相當(特高頻接收的電磁波信號，其傳播速度與光速3×108m/s相當)，表明信號源來自2號盆子附近。此GIS母線為三相共體結構，母線通過固定于盆式絕緣子處的觸頭相連接，結構相對簡單。

從檢測圖譜分析，特高頻信號在負半周密集出現，正半周只有零星信號，表明缺陷可能為尖端放電或絕緣缺陷早期；而超聲波檢測無異常，根據表1中超聲波和特高頻檢測局部放電靈敏度比較可知，該GIS內部缺陷為絕緣內部放電的可能性較大。

結合定位結果及GIS結構分析，初步懷疑為2號盆式絕緣子內部絕緣缺陷。

2.2 缺陷的跟蹤檢測

隨后數月內陸續進行了4次跟蹤檢測，檢測圖譜特征未發生明顯變化，特高頻信號幅值相對穩定，且始終未檢測到超聲波信號和異常SF6氣體分解產物。2016年4月，現場檢測發現特高頻信號特征發生明顯變化，如圖3所示。

圖3 2號盆子處特高頻復測信號Fig. 3 No. 2 basin at the UHF signal measurement

該異常信號由單峰變為雙峰，放電幅值有所增長，且放電重復率明顯增強。期間數次測試均未檢測到超聲波異常信號和異常SF6氣體分解產物。

3 解體及試驗檢測

考慮到信號特征變化明顯，為了避免擊穿故障，決定對異常盆式絕緣子進行現場更換處理。

3.1 GIS現場解體的注意事項

(1) 該設備處于運行狀態，停電解體時除了故障間隔應氣體回收并抽真空，相鄰氣室也應進行降半壓處理。

(2) 加強現場環境控制，環境濕度應小于80 %，設備打開處應用無塵密封袋進行防護[16，17]。

3.2 現場檢查

對異常氣室現場解體檢查，發現該氣室內存在微量類似于粉塵的異物，且2號盆式絕緣子的觸頭座內存在少量金屬粉末，觸頭座內側亦有磨損痕跡，觸頭及觸頭座接觸處有黑點。

3.3 返廠檢測

為全面分析缺陷原因，將換下的盆式絕緣子返廠進行試驗。表面清潔處理后使用X光檢測，其圖譜如圖4所示，盆式絕緣子澆注封口處的螺栓孔附近均壓環以內有一條長約50 mm、直徑約2 mm的條狀低密度材料，可能為條狀氣孔或內部裂紋。

隨后對該盆子進行460 kV工頻耐壓試驗，試驗時間為1 min，結果為耐壓試驗通過；電壓降至277 kV進行脈沖電流法局放檢測，結果為0.9～1 pC，滿足標準277 kV時小于3 pC的要求。然而對該盆子進行特高頻局放檢測，異常信號依然存在。

圖4 X光探傷圖譜Fig. 4 X-ray inspection

查閱了缺陷盆式絕緣子結構圖后，在廠區內測量了該缺陷盆式絕緣子及正常盆式絕緣子的關鍵尺寸，測量結果顯示所有關鍵尺寸均在公差范圍內，無異常參數。

4 缺陷分析與建議措施

4.1 缺陷原因分析

基于上述試驗數據和解體情況等，對試驗數據異常原因分析如下：

(1) 觸頭座內金屬粉末為重力和電動力的作用下摩擦產生，原因是導體安裝時軸心不對齊或觸頭外表面與觸頭座內表面不是完全貼合，受力不均。

(2) 接觸部位表面黑點的產生是由于觸頭及觸頭座非全面積接觸，帶負荷運行時電流從較小的接觸面通過，接觸部位溫度過高，表面鍍層材料與GIS內SF6放電分解產物發生化學反應。

(3) 現場檢測的特高頻信號由盆子螺栓孔附近氣孔引起，該類缺陷早期發展較緩慢，發展中會呈加速趨勢直至閃絡，此次處理有效避免了故障的發生。

4.2 建議措施

GIS設備作為電力系統中的重要設備，其安全穩定運行十分重要。結合文中的缺陷分析，對GIS設備生產和安裝過程提出以下幾點建議：

(1) 加強廠內工藝管控。X光顯示缺陷盆式絕緣子內部有氣孔，氣孔會導致盆子內部場強不均，繼而形成貫穿性閃絡。該氣孔可能為運行中產生，也可能為出廠時本身存在，因此應嚴格把關出廠試驗，杜絕出廠自帶缺陷。

(2) 加強現場安裝精度要求。嚴格按照安裝作業指導書要求，安裝時要防止灰塵、雜質和潮氣進入GIS本體內；內部安裝、清理時要戴上塑料手套；盆子觸頭連接處應保證軸心對稱、全面接觸、受力均勻。

(3) 建議增加盆式絕緣子出廠前的特高頻局放檢測項目。鑒于現場檢測盆子處特高頻異常，X光顯示確有缺陷，但是該缺陷盆式絕緣子在進行工頻耐壓試驗時滿足出廠要求，局放脈沖電流法檢測滿足小于3 pC的出廠試驗要求。由此可知，局放特高頻法較局放脈沖電流法在檢測絕緣內部缺陷方面靈敏度要更高，建議生產廠家在盆式絕緣子出廠前，增設特高頻局放檢測項目。

5 結語

文中通過一起GIS局部放電缺陷的發現與原因分析，說明常規的出廠檢驗手段并不能保證絕緣設備的完全合格。特高頻檢測作為一種成熟的技術，對絕緣類缺陷敏感度非常高，增設為絕緣設備出廠前的必需試驗，有相當大的合理性和一定的實際需求。特高頻法局放檢測可以和脈沖電流法局放檢測互補，更好地把控絕緣類設備的出廠質量。

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施景壘

施景壘(1986—)，男，江蘇鹽城人，助理工程師，從事開關類設備狀態評估及帶電檢測故障分析工作(E-mail:13770982780@163.com)；

宋云翔(1966—)，男，貴州劍河人，高級工程師，從事主動配電網技術及管理工作；

楊景剛(1984—)，男，陜西咸陽人，高級工程師，從事變電設備狀態評價及全過程技術監督工作；

王 晨(1990—)男，江蘇鹽城人，助理工程師，從事開關類設備狀態評估及帶電檢測故障分析工作；

肖 雷(1987—)，男，江蘇淮安人，工程師，從事變電站啟動調試及帶電檢測故障分析工作。

(編輯方 晶)

AnalysisandTreatmentofPartialDischargeAbnormalSignalin252kVGISEquipment

SHI Jinglei1，SONG Yunxiang2，YANG Jinggang1，WANG Chen1，XIAO Lei1

(1. State Grid Jiangsu Electric Power Company Research Institute, Nanjing 211103, China;2. NARI Technology Development Limited Company, Nanjing 211106, China)

As an effective partial discharge detection technology, UHF detection technology has been widely used in GIS detection. In the live detection process,the UHF abnormal signal is detected on a 252 kV GIS basin-type insulator. An X-ray detection was performed to the basin-type insulator, and several centimeters long pores are found inside. The results are consistent with the detection and positing of UHF method.However, the power frequency withstand voltage test and partial discharge test by pulsed current method to the basin-type insulator can meet the requirement of the factory test，indicating that the traditional detection method has its own limitations.In view of this situation, some suggestions are put forward, such as the extra high frequency partial discharge detection of basin-type insulators before leaving the factory, so as to improve the outgoing quality of the basin-type insulators.

GIS; live detection; UHF; disintegration; defect analysis

TM835

B

2096-3203(2017)06-0127-05

2017-06-21；

2017-07-30

國網江蘇省電力公司科技項目(5210EC14006Z)