SF₆組分檢測和UHF局放測試在GIS狀態維修中的應用

王立凱+鄒高市+許江盼+楊旭+侯小冬

【摘 要】SF6綜合測試儀對GIS氣室中SF6 氣體組分檢測和GIS局放測試儀對設備內部絕緣診斷和狀態評估具有方便高效、抗干擾能力強等優點。論文重點分析介紹這兩種在線監測方法的現場應用，幫助分析和判斷GIS設備內部存在故障缺陷。

【Abstract】The SF6 comprehensive tester and GIS partial radiation tester have the advantages of convenient， efficient， and strong anti-interference ability， when using the SF6 comprehensive tester carrying out the SF6 component detection in GIS air chamber and using GIS partial radiation tester evaluating the inner insulation and situation of equipments. This paper mainly analyzes the field application of the two online inspection test， and analyzes and judges the inner defects of GIS equipment.

【關鍵詞】狀態維修；UHF局放儀；設備故障

【Keywords】condition-based maintenance； UHF partial radiation tester； equipment failure

【中圖分類號】TM595 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）02-0190-03

1 引言

狀態檢修是指根據先進的監測和診斷技術為運維人員提供設備狀態信息，幫助判斷和預知設備故障，即根據設備的健康狀態來合理安排檢修計劃，實施設備檢修。采用高靈敏六氟化硫綜合分析儀可對GIS（氣體絕緣全封閉組合電器Gas Insulated Switch）氣室中絕緣氣體的成分進行定量分析和趨勢預測，通過高靈敏UHF （超高頻 Ultra High Frequency） 局放儀監測GIS內部局放信號反映絕緣介質性能[1]。兩種檢測手段是通過對特征氣體的微量分析和大量局放信號圖譜對比統計，達到發現GIS設備早期缺陷的目的，從而實現對GIS設備早期預防、合理計劃，避免缺陷擴大造成GIS設備非預期停運檢修。

2 六氟化硫氣體組分分析

GIS設備是采用吸附電子能力和滅弧能力較強的SF6氣體做絕緣介質，環氧樹脂絕緣盆作支撐，將導電體絕緣并固定在金屬外殼內部。正常運行時，所有氣室內部溫度均不高于80℃，絕緣材料不會分解。對于斷路器氣室，在分、合閘操作時會產生2000℃以上的高溫電弧，瞬間使電弧區域的SF6氣體生成帶電離子和少量分解物，但因其分、合閘速度極快，又有高效的滅弧功能，產生的帶電離子在瞬間又復合成SF6氣體，所產生少量的SO2 、H2S和HF等分解產物會被放置于設備內部的吸附劑吸收， 因此，對于正常運行的斷路器，在操作后檢測時，氣室中的SO2含量一般都不大于1.0μl/L，這在對某電廠百余臺500kV斷路器的檢測中得到證實。但若斷路器內部存在局部放電、重燃或嚴重過熱性故障時，將使故障區域的固體絕緣材料和SF6氣體發生分解。

根據資料分析，SF6電氣設備內部故障時會產生多種分解物，主要的硫化物有SO2、H2S、SF4、SO2F2、SOF2、S2F10和S2OF10；氟化物有HF、CF4、AlF3、CuF2和WF6； 碳化物有CO、CO2和低分子烴。這些分解物將會使SF6氣體純度降低，影響SF6絕緣性能。

3 某電站氣體組分的狀態監測實例

采用SF6綜合測試儀，我們對電站管轄設備的氣室進行了長期監測，表1是500kV開關站部分設備狀態監測數據對比結果，我們發現斷路器和電壓互感器（PT）氣室中CO含量偏高，而且呈逐年微增的趨勢。由于CO主要來源于絕緣材料的老化釋放，斷路器和PT氣室中含有大量的絕緣材料，且這些設備在操作或運行時內部溫度相對較高，這些因素使得其CO的含量相對其他氣室偏高。正常運行期間各氣室內部無放電現象，在SF6氣體組分長期監測中未檢到SO2、H2S、HF氣體。（圖1）

4 局放在線監測

局部放電主要指發生在電極之間并未貫穿和擊穿的放電現象，主要是由于設備內部存在弱點或長期運行造成的缺陷，在高強度場強的作用下發生重復擊穿和熄滅的現象。主要表現為氣體的擊穿、小范圍內固體或液體介質的局部放電或金屬表面的邊緣及尖角部位的場強集中引起的擊穿現象。這種放電量很小，短時不會影響電氣設備的絕緣強度。

局部放電現象既是GIS絕緣劣化的征兆和表現形式，又是絕緣進一步惡化的原因。由于高壓設備絕緣擊穿的后果較為嚴重，而對GIS進行局部放電檢測能夠有效地發現其內部早期的絕緣缺陷，以便采取處理措施，避免缺陷擴大，提高GIS的可靠性。局放試驗還可以彌補耐壓試驗的不足，通過局部放電在線監測能發現GIS制造和安裝的“清潔度"，能發現制造和安裝過程中的絕緣缺陷和異物。

4.1 UHF（特高頻）法測局放

該方法是通過檢測GIS內部放電產生的特高頻信號來發現缺陷。一般選定的頻率范圍是300～1000MHz，由于測量頻率較高，因此結果不受電暈干擾的影響，具有較好的信噪比。通常采用寬帶數字存儲示波器測量從相鄰耦合器信號到達的時間間隔，從而實現對缺陷的定位。UHF信號最好是由GIS內部耦合器獲取，也可以采用放置在外部窗口上或絕緣子上的耦合器獲取。

實際使用經驗證明，該方法能夠有效發現設備內部絕緣缺陷。然而，在數據的解釋分析和絕緣故障模式識別實際應用中，我們不僅關注能否從局部放電信號中診斷出GIS綜合絕緣狀況，還希望能從中獲取更為詳細的信息，例如絕緣劣化原因、故障類型、嚴重程度以及故障點位置等信息。如何從檢測到的局放信號中判斷局部放電類型以及GIS的絕緣狀況是在線監測技術的難點之一。endprint

4.2 局方測試降噪手段

現場使用的DMS第三代局放儀本身具有高靈敏度低噪音的特點，且內置環境降噪功能，可以通過環境噪音探頭疊加減去測量結果中的環境噪音，使測量結果更為準確。在現場具體使用期間還需注意以下幾點：①盡量選擇晚上測量和停運行車、電焊機、手機等設備，防止干擾。②測量過程中需要將探頭密貼GIS絕緣盆且盡量減小空隙，注意探頭外殼不能碰到GIS外殼，以免GIS 感應電流流入儀器，造成較大干擾。③在進行外置CT絕緣盆測量時請關注CT內側避免絕緣隔離塊。以免密貼時探頭外殼使絕緣塊隔離電流作用失效，甚至引起差動保護動作。

5 某核電廠局部放電檢測實例

自2010年開始，電站運維人員按照南網反措要求對管轄范圍內的GIS設備包括500kV、220kV兩個電壓等級，開展年度在線局放監測。在對近200個絕緣盆長達四年的帶電運行局放測量中積累了大量經驗，其中比較有代表性的是2013年6月400kV開關站032GS氣室局放檢測結果異常事件。

2013年6月，在對氣室組分監測中發現400KV開關站032GS氣室中H2S含量相對異常（0.3ppm），其他氣室未檢出，隨后及時上報并對該氣室進行長期跟蹤；在線局放GIS狀態監測中發現該氣室有大小約0.3mV（參照量）的微小局放信號。分析決定在計劃的停電檢修窗口下進行解體內部檢查，最終發現內部絕緣盆壁存在疑似微小放電粉末（如下圖2），保守決策后采用新備件對絕緣盆進行整體更換并充新SF6氣。送電后三個月的持續監測中未發現異常放電信號，氣體組分監測中也未檢出特殊氣體成分，設備正常運行至今。

6 結語

通過資料及本電廠實測數據分析，氣體組分檢測能夠直觀分析氣室內SF6氣體純度、露點溫度等參數。GIS在線局部放電測試能夠有效反映絕緣介質缺陷，作為一種設備運行狀態監測的新方法，由于該技術尚屬于新技術，還有諸多問題尚未解決，如干擾抑制及干擾識別等，局放圖譜的多樣化也使得相應標準的制定存在一定困難，但在線局放測試有助于提前發現GIS設備缺陷，大幅減小設備故障所帶來的損失，不失為一種好方法，值得運維人員實踐和推廣。

【參考文獻】

【1】羅學琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）[M].北京：中國電力出版社，1998.endprint