GIS設備金屬顆粒放電的帶電檢測方法

鄭瑩瑩 ，呂俊濤 ，周大洲 ，黃 銳 ，任敬國

（1.山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013；2.國網山東省電力公司，山東 濟南 250001；3.國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250003）

0 引言

氣體絕緣封閉組合電器（Gas Insulated Switchgear，GIS）具有占地面積小、可靠性高和模塊化設計安裝方便等特點，因此被廣泛地應用到變電站開關設備中[1-3]。模塊化和緊湊型設計導致GIS設備內部缺陷處理復雜，檢修周期較長。因此，需要研究和提高GIS設備的帶電檢測和異常診斷技術，提高GIS設備檢修效率[4-6]。

以某220 kV母線電壓互感器間隔的金屬顆粒放電為例，提出一種用于變電站內GIS設備金屬顆粒放電的帶電檢測方法，利用超聲波局放檢測的圖譜分析、幅值法定位和頻率法定位，結合特高頻局放檢測、SF6氣體濕度和成分分析，實現GIS設備內部顆粒放電的異常診斷。

1 典型氣室缺陷情況

對某變電站220 kV GIS超聲波局部放電檢測時，在電壓互感器A相隔離開關氣室檢測到明顯超聲波異常信號，信號位于罐體底部且幅值不穩定，跳躍明顯，飛行模式具有典型自由顆粒特征。特高頻局部放電檢測發現A相內部存在微弱的放電信號。SF6氣體成分分析結果未見明顯異常。分析認為電壓互感器A相隔離開關氣室超聲波異常信號是由隔離開關氣室底部的自由顆粒引起的。

2 超聲波局放檢測

2.1 超聲波初步檢測

對變電站220 kV GIS超聲波局部放電檢測時，在電壓互感器A相隔離開關氣室檢測到明顯超聲波異常信號，信號幅值不穩定，跳躍明顯。超聲波局部放電測試位置如圖1所示。

對比9個測點的異常信號，發現測點4和測點5的A相存在異常信號，其他測點均無異常。測點5的A相最大信號峰值為30 mV，測點4的A相最大信號峰值為15 mV，均有一定的50 Hz和100 Hz相關性，但不明顯。因此，初步判斷A相隔離開關氣室存在異常信號。

圖1 超聲波局部放電測試位置

2.2 超聲波圖譜分析

將超聲波傳感器放于測點5位置的罐體底部，檢測到的局部放電測試圖譜如圖2所示。連續模式下，A相信號峰值約為31.2 mV，空氣背景峰值和B相信號峰值均不大于0.9 mV，50 Hz相關性和100 Hz相關性不明顯。飛行模式下，A相圖譜存在明顯的圖形特征，呈駝峰狀分布，B相圖譜與背景圖譜無明顯差異，具有典型的自由顆粒信號特征。相位模式下，A相圖譜具有一定的相位特征，B相圖譜與背景圖譜無明顯差異。

圖2 超聲波局部放電測試圖譜

2.3 局部放電源的定位

1）幅值法定位。采用幅值比較法對異常信號進行定位，將傳感器在A相隔離開關氣室表面進行橫向和縱向移動，確定信號最大點位于罐體底部，信號區域集中于中下部，上部無信號。由此初步判斷，信號位于罐體底部外殼內。

2）頻率法定位。分別設置超聲波局放測試儀AIA-2的截止頻率為 10 kHz～100 kHz和 10 kHz～50 kHz，觀察信號幅值變化情況，發現改變頻率后，信號幅值有明顯的降低，因此，可判斷異常信號來自內部殼體上。兩次測試的飛行圖譜如圖3所示。

3 GIS特高頻局放檢測

對異常信號所在母線段的電壓互感器隔離開關氣室進行特高頻局部放電檢測，檢測部位為隔離開關氣室兩側的盆式絕緣子，特高頻PRPD和PRPS圖譜見圖4。特高頻局放放電檢測時，空氣背景中存在較大的放電信號，通過多功能局部放電定位系統G1500進行定位，確定該放電信號為干擾信號。

圖3 超聲波局部放電測試飛行圖譜

通過對比檢測發現，A相兩側絕緣盆均可檢測到放電信號，無任何周期性規律，B，C相兩側絕緣盆未發現任何放電信號。因此，可以確認A相內部存在較小幅值的放電信號。

圖4 特高頻局部放電測試圖譜

4 SF6氣體濕度和成分分析

采用SF6氣體分解物檢測儀對電壓互感器A相隔離開關氣室進行SF6成分分析和微水檢測，結果如表1所示。測試結果無異常。

表1 SF6氣體濕度及成分表 μL/L

5 綜合診斷

超聲波局部放電測試，在電壓互感器A相隔離開關氣室檢測到明顯超聲波異常信號，信號幅值不穩定，跳躍明顯，飛行圖譜呈明顯的駝峰狀，具有典型自由顆粒特征。信號定位位于A相隔離開關氣室底部，符合自由顆粒特征。測試人員對該信號進行復測，復測結果表明該超聲波異常信號一直存在。由此綜合分析，確定罐體底部存在自由顆粒，查閱該設備結構示意圖，如圖5所示，該部位為隔離開關斷口下方，判斷可能是隔離開關分合過程中產生金屬顆粒掉落在罐體底部。通常情況下，顆粒產生的放電信號較弱，故特高頻局部放電檢測發現較小的放電信號，SF6氣體成分分析結果未見異常。

該自由顆粒位于母線上隔離開關氣室的底部，并處于持續跳躍狀態。若該顆粒跳躍至絕緣件表面，會引發絕緣表面閃絡擊穿，導致220 kV母線停電，引發電網停電事故。因此，建議盡快安排停電處理，停電前應加強帶電檢測，縮短帶電檢測周期，密切關注信號變化趨勢。

圖5 放電位置示意

6 結語

以某220 kV母線電壓互感器間隔的金屬顆粒放電信號為例，提出一種用于變電站內GIS設備金屬顆粒放電的帶電檢測方法，利用超聲波局放檢測的圖譜分析、幅值法定位和頻率法定位，結合特高頻局放檢測、SF6氣體濕度和成分分析，實現GIS設備內部顆粒放電的精確定位和狀態評估，為GIS設備內部金屬顆粒放電提供了一種有效的綜合檢測手段。通過案例分析可知，超聲波法對內部自由顆粒具有較高的靈敏性，現場對斷路器、隔離開關斷口等容易產生金屬顆粒的部分應加強檢測。