一起110kV組合電器帶電檢測異常案例分析與處理

葛鑫 張艷霞

摘要：超聲波、特高頻帶電檢測技術，能夠有效發現組合電器（GIS）隱藏缺陷，彌補常規停電試驗存在的不足。針對某次帶電檢測過程中發現一處110 kV GIS盆式絕緣子存在異常放電信號的現象，通過解體檢修及X光探傷檢測，發現該盆式絕緣子內部存在數個氣泡及局部放電痕跡。經分析該缺陷應為出廠時攜帶，但是常規出廠耐壓試驗尚不能有效發現該類缺陷，為此提出在GIS設備出廠耐壓試驗過程中應加入帶電檢測手段，從而提升該類缺陷的出廠檢出率。

關鍵詞：特高頻;超聲波;GIS;盆式絕緣子

0 引言

組合電器GIS設備因具備結構緊湊、占地面積小、維護少等優點而得到了廣泛應用。然而，GIS設備內部如果產生絕緣類缺陷，由于其電場強度相對集中，缺陷劣化發展速度一般較快，一旦造成事故，其重新修復的難度非常大。

在不解體的情況下，常規停電檢修對于GIS類設備缺乏有效的檢測手段，近年來電網企業一直致力于推進GIS設備帶電檢測技術落地。本文介紹了一起110 kV組合電器設備局部帶電檢測放電異常的案例，應用帶電檢測技術，提前發現了設備存在的隱藏缺陷，后期該設備通過解體檢查分析，驗證了檢測過程中的相關發現，并提出了建議及改進措施，為今后該類設備的運行維護提供了參考依據[1-3]。

1 GIS設備局放帶電檢測主要手段

GIS發生局部放電常伴有聲、光、機械波、電脈沖、SF6氣體化學變化等現象。針對這些現象，運維人員可以采用對應的手段進行檢測，具體的檢測方法可分為電測法和非電測法兩類。電測法主要包括特高頻法、高頻法和脈沖電流檢測法等[4]。非電測法主要包括超聲波檢測法、光電檢測法和化學檢測法等。

以上檢測方法，有一些不能在設備運行期間進行，有一些不能很好地適應現場復雜環境。所以在實際使用中，運維人員一般采用特高頻法和超聲波法相結合的檢測辦法，并獲得了一定檢測成效[5]。

2 現場檢測過程

2.1? ? 被測設備情況

被測GIS設備型號為ZF5-110，由平頂山高壓開關廠生產，于1995年5月出廠，1996年6月投運。在本次檢測前，該設備一直處于運行狀態。該型設備所配備的盆式絕緣子材質均為環氧樹脂，且無鎧裝屏蔽。

2.2? ? 檢測過程

2019年8月，在對該110 kV變電站設備帶電檢測過程中，發現GIS室內環境中存在異常特高頻信號。在排除環境干擾信號之后，檢測人員發現兩處絕緣盆子特高頻信號幅值較大。

現場檢測特高頻圖譜，如圖1所示，信號幅值穩定，一個周期內正負半周均有放電信號分布，且正負半周信號不完全對稱，體現為一簇大信號和一簇小信號，存在一定差異。

檢修人員懷疑設備存在疑似缺陷，于是進一步采用超聲波檢測儀進行測試，但是在GIS室內環境中并未發現明顯異常。

2.3? ? 缺陷定位

2.3.1? ? 初步定位

為了對缺陷位置進行精確定位，檢測人員在現場多處布置了特高頻傳感器，如圖2所示。檢修人員通過讀取示波器波形數據，運用信號時延法判斷放電源的精確位置。

檢修人員通過信號幅值對比發現，UHF2號傳感器所采到的信號最為超前，所以判斷放電源位置應當在UHF2號傳感器出線套管一側。

于是檢修人員對出線套管側氣室進行了特高頻和超聲波詳細檢測，發現B相氣室穿墻套管處盆式絕緣子存在特高頻信號。在該盆子附近也同時檢測到一定的超聲放電信號，超聲波檢測圖譜如圖3所示。檢修人員懷疑是因為超聲波信號幅值隨距離衰減較大，導致之前沒有測到超聲信號，當距離放電源足夠近時才能被檢測到。

2.3.2? ? 聲電聯合定位法

傳感器現場布置如圖4所示，傳感器布置示意圖如圖5所示，在現場布置2個超聲波AE傳感器以及1個特高頻傳感器。根據聲電聯合定位法，近似認為特高頻傳感器位置為放電源位置，通過超聲信號波形計算放電源精確位置。

紅色超聲波傳感器放置于如圖6所示位置時，聲電時差最小（大約23 μs），超聲波在環氧樹脂中的傳播速度大約為2 540 m/s，計算出局放源距離紅色超聲波傳感器大約5.8 cm。檢修人員初步判斷放電源位于該絕緣盆子上。檢修人員對信號波形特征進行識別，懷疑為盆子氣泡放電缺陷。

2.4? ? 跟蹤監測

檢修人員發現缺陷之后，高度重視，在2019年8月—12月，對該處放電源進行了4次復測，信號幅值穩定，且未見明顯變化。由于110 kV采菱變地處負荷中心，為了保障可靠供電，檢修人員決定對其進行解體檢修。

3 解體檢修

檢修人員現場對絕緣盆子進行了更換，并將缺陷盆式絕緣子運至思源電氣進行進一步X光試驗，如圖7所示，盆式絕緣子內有兩處明顯氣泡，大氣泡尺寸約為4 cm×2 cm、小氣泡尺寸約為2 cm×1 cm，在靠近盆式絕緣子密封圈附近還有一約米粒大小氣泡。絕緣盆子切割之后，如圖8所示，與X光試驗結果相符合。

4 缺陷分析及改進措施

本文基于現場檢測與解體試驗情況，對該缺陷盆子分析如下：

（1）帶電檢測的圖譜特征與絕緣氣隙放電特征一致，且兩個較大氣泡之間可以看到黑色放電痕跡。由于氣隙往往是絕緣最薄弱的一點，局部放電總是從該處開始發展。解體中發現的兩個較大氣泡之間已有放電痕跡，局部絕緣已發生不可逆的劣化，處于貫通前夕。隨著局部放電不斷發展，盆式絕緣子的絕緣性能劣化速度進一步加快，有隨時擊穿的可能性。

（2）該盆式絕緣子出廠時可能就有缺陷。缺陷盆式絕緣子切割后發現米粒大氣泡四周有2 cm×4 cm的不平整區域，說明絕緣盆子在澆筑過程中存在局部不均勻的情況，在電場、熱脹冷縮等效應的長期作用下，縫隙逐漸發展為氣泡。由于該盆式絕緣子已運行20年以上，出廠時的X光檢測靈敏度不一定能發現當年的細微縫隙。

改進建議：（1）建議廠家在設備制造時，應嚴格按照各項工藝技術要求進行各項檢測試驗，確保設備出廠的完好性。（2）建議對電網內運行超過15年的GIS設備進行局部放電精確檢測，確保設備的安全運行。

5 結語

本文通過現場帶電檢測發現一起GIS絕緣盆子氣隙缺陷案例說明，帶電檢測技術對GIS絕緣類缺陷具有非常高的靈敏度，能夠有效發現常規耐壓試驗無法發現的缺陷。根據分析，該缺陷很有可能是設備出廠時帶有的缺陷，所以建議生產廠家在常規耐壓試驗時增設帶電檢測試驗，通過特高頻、超聲波等局放檢測和脈沖電流法局放檢測的優勢互補，更好地把控GIS設備的出廠質量。

[參考文獻]

[1] 丁登偉，高文勝，劉衛東.采用特高頻法的GIS典型缺陷特性分析[J].高電壓技術，2011，37（3）：706-710.

[2] 王昌長，李福祺，高勝友.電力設備的在線監測與故障診斷[M].北京：清華大學出版社，2006.

[3] 段大鵬.基于UHF方法的GIS局部放電檢測與仿生模式識別[D].上海：上海交通大學，2009.

[4] OKABE S，YAMAGIWA T，OKUBO H.Detection of harmful metallic particles inside gas insulated switchgearUsing UHF sensor[J].IEEE Transactions on Dielectrics & Electrical Insulation，2008，15（3）：701-709.

[5] 陳慶國，張喬根，汪沨，等.SF6氣體中放電特征參數及機理[J].高電壓技術，2000，26（6）：7-9.