SF6組分檢測(cè)和U H F局放測(cè)試在G IS狀態(tài)維修中的應(yīng)用

王立凱，鄒高市，許江盼，楊旭，侯小冬

（中廣核核電運(yùn)營(yíng)有限公司，廣東陽(yáng)江 529500）

1 引言

狀態(tài)檢修是指根據(jù)先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)為運(yùn)維人員提供設(shè)備狀態(tài)信息，幫助判斷和預(yù)知設(shè)備故障，即根據(jù)設(shè)備的健康狀態(tài)來(lái)合理安排檢修計(jì)劃，實(shí)施設(shè)備檢修。采用高靈敏六氟化硫綜合分析儀可對(duì)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(jìn)行定量分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)，通過(guò)高靈敏UHF(超高頻Ultra High Frequency)局放儀監(jiān)測(cè)GIS內(nèi)部局放信號(hào)反映絕緣介質(zhì)性能[1]。兩種檢測(cè)手段是通過(guò)對(duì)特征氣體的微量分析和大量局放信號(hào)圖譜對(duì)比統(tǒng)計(jì)，達(dá)到發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備早期缺陷的目的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS設(shè)備早期預(yù)防、合理計(jì)劃，避免缺陷擴(kuò)大造成GIS設(shè)備非預(yù)期停運(yùn)檢修。

2 六氟化硫氣體組分分析

GIS設(shè)備是采用吸附電子能力和滅弧能力較強(qiáng)的SF6氣體做絕緣介質(zhì)，環(huán)氧樹(shù)脂絕緣盆作支撐，將導(dǎo)電體絕緣并固定在金屬外殼內(nèi)部。正常運(yùn)行時(shí)，所有氣室內(nèi)部溫度均不高于80℃，絕緣材料不會(huì)分解。對(duì)于斷路器氣室，在分、合閘操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生2000℃以上的高溫電弧，瞬間使電弧區(qū)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(chǎn)生的帶電離子在瞬間又復(fù)合成SF6氣體，所產(chǎn)生少量的SO2、H2S和HF等分解產(chǎn)物會(huì)被放置于設(shè)備內(nèi)部的吸附劑吸收,因此，對(duì)于正常運(yùn)行的斷路器，在操作后檢測(cè)時(shí)，氣室中的SO2含量一般都不大于1.0μl/L，這在對(duì)某電廠百余臺(tái)500kV斷路器的檢測(cè)中得到證實(shí)。但若斷路器內(nèi)部存在局部放電、重燃或嚴(yán)重過(guò)熱性故障時(shí)，將使故障區(qū)域的固體絕緣材料和SF6氣體發(fā)生分解。

根據(jù)資料分析，SF6電氣設(shè)備內(nèi)部故障時(shí)會(huì)產(chǎn)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(huì)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(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)例

采用SF6綜合測(cè)試儀，我們對(duì)電站管轄設(shè)備的氣室進(jìn)行了長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，表1是500kV開(kāi)關(guān)站部分設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)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(shì)。由于CO主要來(lái)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(shè)備在操作或運(yùn)行時(shí)內(nèi)部溫度相對(duì)較高，這些因素使得其CO的含量相對(duì)其他氣室偏高。正常運(yùn)行期間各氣室內(nèi)部無(wú)放電現(xiàn)象，在SF6氣體組分長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)中未檢到SO2、H2S、HF氣體。（圖1）

表1 某核電廠500kV開(kāi)關(guān)站2014年12月GIS組分監(jiān)測(cè)（部分）

圖1 PT和斷路器氣室中CO含量(ppm)

4 局放在線監(jiān)測(cè)

局部放電主要指發(fā)生在電極之間并未貫穿和擊穿的放電現(xiàn)象，主要是由于設(shè)備內(nèi)部存在弱點(diǎn)或長(zhǎng)期運(yùn)行造成的缺陷，在高強(qiáng)度場(chǎng)強(qiáng)的作用下發(fā)生重復(fù)擊穿和熄滅的現(xiàn)象。主要表現(xiàn)為氣體的擊穿、小范圍內(nèi)固體或液體介質(zhì)的局部放電或金屬表面的邊緣及尖角部位的場(chǎng)強(qiáng)集中引起的擊穿現(xiàn)象。這種放電量很小，短時(shí)不會(huì)影響電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度。

局部放電現(xiàn)象既是GIS絕緣劣化的征兆和表現(xiàn)形式，又是絕緣進(jìn)一步惡化的原因。由于高壓設(shè)備絕緣擊穿的后果較為嚴(yán)重，而對(duì)GIS進(jìn)行局部放電檢測(cè)能夠有效地發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部早期的絕緣缺陷，以便采取處理措施，避免缺陷擴(kuò)大，提高GIS的可靠性。局放試驗(yàn)還可以彌補(bǔ)耐壓試驗(yàn)的不足，通過(guò)局部放電在線監(jiān)測(cè)能發(fā)現(xiàn)GIS制造和安裝的“清潔度"，能發(fā)現(xiàn)制造和安裝過(guò)程中的絕緣缺陷和異物。

4.1 UHF(特高頻)法測(cè)局放

該方法是通過(guò)檢測(cè)GIS內(nèi)部放電產(chǎn)生的特高頻信號(hào)來(lái)發(fā)現(xiàn)缺陷。一般選定的頻率范圍是300～1000MHz，由于測(cè)量頻率較高，因此結(jié)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(shù)字存儲(chǔ)示波器測(cè)量從相鄰耦合器信號(hào)到達(dá)的時(shí)間間隔，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的定位。UHF信號(hào)最好是由GIS內(nèi)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(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)證明，該方法能夠有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部絕緣缺陷。然而，在數(shù)據(jù)的解釋分析和絕緣故障模式識(shí)別實(shí)際應(yīng)用中，我們不僅關(guān)注能否從局部放電信號(hào)中診斷出GIS綜合絕緣狀況，還希望能從中獲取更為詳細(xì)的信息，例如絕緣劣化原因、故障類(lèi)型、嚴(yán)重程度以及故障點(diǎn)位置等信息。如何從檢測(cè)到的局放信號(hào)中判斷局部放電類(lèi)型以及GIS的絕緣狀況是在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的難點(diǎn)之一。

4.2 局方測(cè)試降噪手段

現(xiàn)場(chǎng)使用的DMS第三代局放儀本身具有高靈敏度低噪音的特點(diǎn)，且內(nèi)置環(huán)境降噪功能，可以通過(guò)環(huán)境噪音探頭疊加減去測(cè)量結(jié)果中的環(huán)境噪音，使測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確。在現(xiàn)場(chǎng)具體使用期間還需注意以下幾點(diǎn)：①盡量選擇晚上測(cè)量和停運(yùn)行車(chē)、電焊機(jī)、手機(jī)等設(shè)備，防止干擾。②測(cè)量過(guò)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(yīng)電流流入儀器，造成較大干擾。③在進(jìn)行外置CT絕緣盆測(cè)量時(shí)請(qǐng)關(guān)注CT內(nèi)側(cè)避免絕緣隔離塊。以免密貼時(shí)探頭外殼使絕緣塊隔離電流作用失效，甚至引起差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

5 某核電廠局部放電檢測(cè)實(shí)例

自2010年開(kāi)始，電站運(yùn)維人員按照南網(wǎng)反措要求對(duì)管轄范圍內(nèi)的GIS設(shè)備包括500kV、220kV兩個(gè)電壓等級(jí)，開(kāi)展年度在線局放監(jiān)測(cè)。在對(duì)近200個(gè)絕緣盆長(zhǎng)達(dá)四年的帶電運(yùn)行局放測(cè)量中積累了大量經(jīng)驗(yàn)，其中比較有代表性的是2013年6月400kV開(kāi)關(guān)站032GS氣室局放檢測(cè)結(jié)果異常事件。

2013年6 月，在對(duì)氣室組分監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)400KV開(kāi)關(guān)站032GS氣室中H2S含量相對(duì)異常（0.3ppm），其他氣室未檢出，隨后及時(shí)上報(bào)并對(duì)該氣室進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤；在線局放GIS狀態(tài)監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)該氣室有大小約0.3mV（參照量）的微小局放信號(hào)。分析決定在計(jì)劃的停電檢修窗口下進(jìn)行解體內(nèi)部檢查，最終發(fā)現(xiàn)內(nèi)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(duì)絕緣盆進(jìn)行整體更換并充新SF6氣。送電后三個(gè)月的持續(xù)監(jiān)測(cè)中未發(fā)現(xiàn)異常放電信號(hào)，氣體組分監(jiān)測(cè)中也未檢出特殊氣體成分，設(shè)備正常運(yùn)行至今。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)資料及本電廠實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，氣體組分檢測(cè)能夠直觀分析氣室內(nèi)SF6氣體純度、露點(diǎn)溫度等參數(shù)。GIS在線局部放電測(cè)試能夠有效反映絕緣介質(zhì)缺陷，作為一種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的新方法，由于該技術(shù)尚屬于新技術(shù)，還有諸多問(wèn)題尚未解決，如干擾抑制及干擾識(shí)別等，局放圖譜的多樣化也使得相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的制定存在一定困難，但在線局放測(cè)試有助于提前發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備缺陷，大幅減小設(shè)備故障所帶來(lái)的損失，不失為一種好方法，值得運(yùn)維人員實(shí)踐和推廣。

圖2 PT氣室局放處理