某電廠220kV GIS斷路器C相超聲波局放異常處理

蘇州工業(yè)園區(qū)藍(lán)天燃?xì)鉄犭娪邢薰?王世宏

某E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)電廠220kV GIS裝置為室內(nèi)配置，共有12間隔，其中5個(gè)變壓器間隔、4條出線間隔、1個(gè)母聯(lián)間隔、2個(gè)電壓互感器間隔，每個(gè)間隔由不同的氣室和設(shè)備組成，每個(gè)氣室配有1個(gè)充氣閥、1個(gè)密度開(kāi)關(guān)、1個(gè)防爆盤(pán)、1個(gè)吸濕器，根據(jù)需要有的氣室還配有1個(gè)帶電顯示器，氣室的額定壓力都是相同的，均為0.63MPa。GIS裝置中的SF6斷路器型號(hào)為B105-CB，帶FX3-2型彈簧操作機(jī)構(gòu)，為單壓?jiǎn)螖嗫谛停齻€(gè)水平斷路器與操作機(jī)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)整體單元，為單相控制。

根據(jù)《DL/T 1250—2013氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備帶電超聲局部放電檢測(cè)應(yīng)用導(dǎo)則》要求帶電超聲局部放電檢測(cè)周期：運(yùn)行中設(shè)備應(yīng)在設(shè)備投運(yùn)后1個(gè)月內(nèi)進(jìn)行一次運(yùn)行電壓下的檢測(cè)，記錄每一測(cè)試點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)作為參考數(shù)據(jù)，今后運(yùn)行中測(cè)試應(yīng)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向比對(duì)；252kV及以下電壓等級(jí)設(shè)備一年檢測(cè)一次，500kV（363kV）及以上電壓等級(jí)設(shè)備半年檢測(cè)一次。

根據(jù)規(guī)程規(guī)定和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，某電廠對(duì)運(yùn)行中的GIS設(shè)備進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)，在檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)2502開(kāi)關(guān)C相波形異常，有0～100Hz放電跡象，超聲波局放信號(hào)特征值為35.5Pc，按技術(shù)監(jiān)督要求超過(guò)75Pc不允許投運(yùn)。在后續(xù)的工作中，每月定期對(duì)2502開(kāi)關(guān)C相進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)跟蹤，波形有緩慢增大的趨勢(shì)。依據(jù)超聲波局放檢查結(jié)果，推測(cè)裝置內(nèi)部可能存在絕緣問(wèn)題，如屬實(shí)將大大降低對(duì)外的供電可靠性，對(duì)人身和設(shè)備造成嚴(yán)重威脅。

1 超聲波局放檢測(cè)原理及試驗(yàn)要求

1.1 超聲波局放檢測(cè)原理

GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，由于分子的劇烈撞擊、氣泡的形成和發(fā)展、顆粒的跳動(dòng)以及固體材料的微小振動(dòng)，會(huì)發(fā)出幾十到幾千赫茲的瞬態(tài)高頻超聲波，信號(hào)波長(zhǎng)較短、方向性較強(qiáng)、能量較為集中。當(dāng)聲波到達(dá)GIS外殼的內(nèi)表面后會(huì)引起外殼微小震動(dòng)，通過(guò)聲發(fā)射傳感器將材料的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通過(guò)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、采樣、存儲(chǔ)和數(shù)字信號(hào)處理等一系列操作，得到局部放電信號(hào)的多個(gè)特征值，通過(guò)分析相關(guān)特征值來(lái)判斷局部放電水平并對(duì)放電源進(jìn)行定位。

1.2 GIS超聲波局放檢測(cè)試驗(yàn)要求

GIS超聲波局放檢測(cè)試驗(yàn)在設(shè)備正常運(yùn)行狀況下測(cè)試（常用）或在GIS耐壓試驗(yàn)中同時(shí)進(jìn)行。

試驗(yàn)周期：在GIS投運(yùn)1年內(nèi)每3個(gè)月測(cè)量1次，如無(wú)異常，投運(yùn)一年后每年測(cè)試1次。在以下情況可以進(jìn)行檢測(cè)：設(shè)備交接時(shí)；設(shè)備大修后；主觀認(rèn)為必要時(shí)。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)明顯放電信號(hào)；可能出現(xiàn)的絕緣缺陷類(lèi)型：位置不固定的絕緣缺陷。主要是自由導(dǎo)電雜質(zhì)和灰塵的侵入造成的；位置固定的絕緣缺陷，可能由以下原因造成：安裝錯(cuò)誤，如電極安裝不良、錯(cuò)位等；裝配工具和零部件遺留在設(shè)備內(nèi)部；電極表面的損傷；運(yùn)輸中的損壞，如零件松動(dòng)脫落，觸頭、彈簧、屏蔽罩等的移位變形等；測(cè)試注意事項(xiàng)：每季度應(yīng)進(jìn)行一次局部放電測(cè)量及SF6氣體分解物檢測(cè)。另外，在初次送電、檢修后、經(jīng)受大負(fù)荷沖擊后應(yīng)進(jìn)行局放檢測(cè)，對(duì)于局放量異常的設(shè)備，應(yīng)同時(shí)結(jié)合SF6氣體分解物檢測(cè)技術(shù)及上次局放測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和判斷。

2 GIS斷路器C相超聲波局放異常原因分析及處理方法

2.1 原因分析

分析一：GIS開(kāi)關(guān)本體存在缺陷，2502開(kāi)關(guān)C相內(nèi)部結(jié)構(gòu)件存在松動(dòng)現(xiàn)象。對(duì)2502開(kāi)關(guān)進(jìn)行分合閘特性試驗(yàn)（圖1～2），數(shù)據(jù)正常；對(duì)2502開(kāi)關(guān)C相進(jìn)行分部X光檢測(cè)，成像證明內(nèi)部元件無(wú)位移及發(fā)熱現(xiàn)象。綜合上述，兩項(xiàng)測(cè)試排除了2502開(kāi)關(guān)C相內(nèi)部結(jié)構(gòu)件存在松動(dòng)、發(fā)熱現(xiàn)象的問(wèn)題，證明開(kāi)關(guān)本體無(wú)故障，進(jìn)行下一步的排查工作。

圖1 合閘時(shí)間A1:112ms

圖2 分閘時(shí)間A1:26.8ms

分析二：2502開(kāi)關(guān)C相內(nèi)部動(dòng)靜觸頭磨損有粉塵顆粒。對(duì)國(guó)內(nèi)同批次相同型號(hào)GIS設(shè)備的電廠及變電站進(jìn)行調(diào)研，各單位GIS間隔數(shù)、超聲波局放不合格數(shù)量、所占比例分別為：某燃煤電廠14/0/0，A變電，20/0，B變電,18/0/0，某燃機(jī)電，12/1/8.3%。通過(guò)該項(xiàng)調(diào)研數(shù)據(jù)分析：使用該批次型號(hào)的GIS設(shè)備的變電站和燃煤電廠超聲波局放檢測(cè)均合格。所以初步判斷為燃機(jī)電廠為調(diào)峰電廠，啟停次數(shù)較多，開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻繁，2502開(kāi)關(guān)C相內(nèi)部動(dòng)靜觸頭磨損有粉塵顆粒。

分析三：設(shè)備安裝環(huán)境惡劣，現(xiàn)場(chǎng)有粉塵，導(dǎo)致2502開(kāi)關(guān)C相內(nèi)部有灰塵。GIS設(shè)備安裝需要在無(wú)塵化環(huán)境進(jìn)行，要求地面干凈整潔、無(wú)油污、無(wú)揚(yáng)塵、空氣相對(duì)濕度小于80%等條件。某燃機(jī)電廠在GIS設(shè)備安裝時(shí)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較差、有揚(yáng)塵，導(dǎo)致2502開(kāi)關(guān)C相內(nèi)部有灰塵；分析四：GIS開(kāi)關(guān)滅弧室內(nèi)壁表面不平整或有粉塵。

2.2 處理方法

綜合測(cè)試的結(jié)果象及分析的原因，對(duì)2502開(kāi)關(guān)C相進(jìn)行抽出檢查。工作方法如下：

第1階段。2號(hào)主變2502開(kāi)關(guān)（Q50開(kāi)關(guān)）轉(zhuǎn)檢修，停電回路及相關(guān)氣室降壓和回收狀態(tài)如圖3；第2階段。2502開(kāi)關(guān)C相抽出檢查及故障處理：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；2502開(kāi)關(guān)C相抽出后檢查發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)腔室內(nèi)壁存在凹槽，表面有毛刺，此處為電荷匯聚超聲波局放異常的主要原因；打開(kāi)2502開(kāi)關(guān)C相滅弧室檢查動(dòng)靜觸頭處無(wú)磨損粉塵顆粒、開(kāi)關(guān)本體干凈無(wú)灰塵。綜上檢查后將內(nèi)壁凹坑處用砂紙打磨并用酒精、無(wú)塵布清理，將毛刺磨平從而減少內(nèi)部電荷匯聚放電情況。

圖3 停電回路及相關(guān)氣室降壓和回收狀態(tài)

第3階段。2502開(kāi)關(guān)C相回裝：開(kāi)關(guān)氣室C相滅弧室恢復(fù)安裝、開(kāi)關(guān)氣室C相滅弧室連軸抽真空、2502開(kāi)關(guān)C相滅弧室氣室充氣至6.3bar額定壓力；采用檢漏儀（定性或定量）直接探測(cè)檢漏，防止出現(xiàn)漏氣問(wèn)題；G4和G9氣室補(bǔ)氣至6.3bar額定壓力；合上2502間隔斷路器機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能電機(jī)電源，合上斷路器，拆卸2號(hào)主變2502開(kāi)關(guān)主變側(cè)250227接地刀閘（Q35接地開(kāi)關(guān)）的接地連接塊，進(jìn)行回路電阻測(cè)量（Q34-Q35），結(jié)果為124微歐，合格；恢復(fù)安裝2號(hào)主變2502開(kāi)關(guān)主變側(cè)250227接地刀閘（Q35接地開(kāi)關(guān)）的接地連接塊；涉及的G0、G4和G9氣室微水測(cè)量，以及G0氣室氣密性復(fù)核，確保無(wú)泄漏問(wèn)題；檢修結(jié)束后，利用空出220kV母線全電壓對(duì)2502開(kāi)關(guān)間隔進(jìn)行充電試驗(yàn)，試驗(yàn)正常（因GIS設(shè)備安全距離小，未采用注入交流工頻耐壓試驗(yàn)方法）。

3 結(jié)語(yǔ)

在處理投運(yùn)半年后，對(duì)2502開(kāi)關(guān)C相進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，2502開(kāi)關(guān)處局放波形平穩(wěn)，超聲波局放信號(hào)特征值為7.11Pc，較處理前的35.5Pc有明顯下降，已無(wú)放電跡象。總結(jié)此次問(wèn)題，原因?yàn)?502開(kāi)關(guān)C相腔室內(nèi)壁在出廠時(shí)存在設(shè)備質(zhì)量缺陷，導(dǎo)致在進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)時(shí)出現(xiàn)波形異常現(xiàn)象。

防范措施：定期進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)發(fā)現(xiàn)波形異常時(shí)應(yīng)每月定期進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，第一種是觀察波形的增幅來(lái)確認(rèn)是否必須停運(yùn)檢查處理，第二種是當(dāng)超聲波局放信號(hào)特征值超過(guò)75Pc時(shí)需停運(yùn)檢查處理；針對(duì)燃機(jī)電廠啟停次數(shù)較多、開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻繁問(wèn)題，電廠在運(yùn)行方式調(diào)整上盡量減少開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)，防止因開(kāi)關(guān)本體結(jié)構(gòu)件松動(dòng)等異常造成故障的擴(kuò)大；當(dāng)超聲波局放異常原因不明確時(shí)，可進(jìn)行開(kāi)關(guān)分合閘特性試驗(yàn)、SF6氣體檢測(cè)、回路電阻測(cè)量和微水試驗(yàn)來(lái)間接判斷是否存在開(kāi)關(guān)本體問(wèn)題；運(yùn)行人員加強(qiáng)設(shè)備巡檢監(jiān)視，聆聽(tīng)有無(wú)異常聲音，有無(wú)異常氣味及觀察SF6氣體壓力。