一起220 kV GIS 電壓互感器超聲波局放檢測異常分析

涂家棟

（國網江西省電力有限公司武寧縣供電分公司，江西 九江 332300）

0 引言

隨著我國國民經濟迅速發展，電能的需求量越來越大，電力系統電壓等級也不斷升高，從而電能質量的可靠性需要不斷加強。在這種現狀下，SF6氣體絕緣金屬全封閉開關（簡稱GIS）因其占地面積小、運行可靠性高、維護工作量少、檢修周期長及環境適應能力強等優點，近年來被廣泛應用，成為電網重要設備之一[1-2]。隨著GIS設備投入數量的增加，其故障率也越來越高，造成停電時間長、經濟損失大等不良影響，甚至威脅電網的安全穩定運行。早期電力系統對GIS故障的關注度主要集中在其放電性故障領域，而忽略了在GIS的實際運行中，機械性故障也是導致設備事故發生的一大主要原因，GIS的異常振動對設備具有很大危害，長期振動可能使螺栓松動，造成氣體泄漏、內部異物放電等，引發絕緣事故[3-4]。

文中對一起220 kV GIS 電壓互感器在例行帶電檢測過程中發現的超聲波局放檢測異常情況進行分析，通過返廠試驗檢測及解體檢查，判斷故障原因為裝配工藝不良造成螺栓緊固不到位導致的氣室內部機械振動，并提出針對性的防范措施與建議，為GIS廠內裝配工藝質量管控水平提升、現場帶電檢測異常信號分析提供經驗。

1 事件概況

2022 年7 月16 日，對某站220 kV GIS 進行特高頻及超聲波局放檢測時發現220 kV IIA 母電壓互感器A相氣室存在超聲波異常信號，信號幅值較背景幅值偏大，疑似機械振動。7月30日對該電壓互感器氣室再次進行特高頻及超聲波局放檢測，發現仍存在同類型超聲波異常信號，信號幅值最大點位于氣室底部（如圖1 所示），達到240 mV，100 Hz 頻率相關性較強，信號特征圖如圖2 所示，且信號幅值圖符合機械振動典型圖譜特征；該氣室未發現特高頻異常信號。結合現場測試結果及電壓互感器結構原理，初步判斷該氣室內部可能存在螺栓松動或鐵芯勵磁特性異常。聯系廠家對220 kV IIA 母電壓互感器A 相氣室進行更換處理并將其返廠待進一步解體分析。

圖1 異常設備現場圖

圖2 超聲波信號最強點處幅值圖

該異常設備為江蘇思源赫茲互感器有限公司生產，設備型號為JDQXFH-220，生產日期為2019 年7月，投運日期為2019年10月。

2 異常設備返廠處理情況

將220 kV IIA 母電壓互感器A 相氣室更換后，為進一步分析設備異常原因，2022 年9 月16 日，于江蘇思源赫茲互感器公司試驗大廳對異常設備開展試驗檢測及解體檢查分析工作。

2.1 異常設備解體前測試情況

2.1.1 異常設備超聲波局放檢測

模擬設備現場安裝方式及運行情況，將設備接入試驗工裝，一次側加壓，二次側帶額定負載，在80%、100%、120%額定運行電壓下，分別對設備底部進行超聲波局放檢測。檢測結果如表1所示。

表1 80%、100%、120%額定運行電壓下超聲波測試結果

測試點分布如圖3所示。

圖3 異常設備超聲波局放測試點

2.1.2 異常設備脈沖電流法局部放電檢測

對異常設備進行脈沖電流法局放測試，施加預加電壓460 kV，后下降至368 kV，局放測試結果為3.3 pC，滿足GIS設備局放要求。

綜上所述，該電壓互感器氣室內部存在異常超聲波信號，但無放電信號，判斷該氣室內部存在機械振動。

2.2 異常設備現場解體情況

為進一步確定設備異常原因，對設備進行氣體回收、解體檢查（見圖4）。

圖4 異常設備結構圖

觀察殼體與底座固定螺栓緊固線無偏移，螺栓無松動；將設備殼體拆卸，觀察鐵芯與底座的固定螺栓、鐵芯穿芯螺桿固定螺栓緊固線均無偏移，所有螺栓均無松動；線圈、屏蔽件固定可靠無松動，引線固定無外露；鐵芯疊片平整，無明顯錯位和縫隙。

按照螺栓裝配時的標準力矩，對所有螺栓進行復緊：使用力矩扳手對鐵芯與底座連接的4 個螺栓加120 N·m 力矩值復緊，其中鐵芯與底座一處固定螺栓（對應圖4中三號底座螺栓）的螺栓緊固線出現約5 mm偏移（如圖5 所示），其余3 個部位的螺栓緊固線無偏移；使用力矩扳手對鐵芯穿芯螺桿緊固部位的螺栓加35 N·m力矩值復緊，其中最上方存在1處穿芯螺桿螺栓緊固線出現較大偏移（對應圖4 中的1 號穿芯螺桿螺栓），旋轉將近90°（如圖5 所示），其余部位的螺栓緊固線均無偏移現象。

圖5 鐵芯與底座固定螺栓、鐵芯穿芯螺桿螺栓緊固不到位

2.3 設備重新裝配后復測情況

將兩處螺栓重新復緊，將設備重新裝配，并進行抽真空、充氣處理；加120%額定運行電壓后進行超聲波復測；測得超聲波信號幅值正常，最大時幅值為0.8 mV，檢測結果如表2所示。

表2 異常設備超聲波局放復測結果

2.4 設備勵磁特性試驗

為進一步判斷鐵芯勵磁是否存在問題，對該異常設備進行勵磁特性測試，檢測結果如表3和圖6所示，與設備出廠數據對比（如圖7 所示），無明顯偏差，排除設備鐵芯勵磁特性異常情況。

表3 異常設備（解體重裝后）勵磁特性數據

圖6 異常設備（解體重裝后）勵磁特性曲線

圖7 異常設備（出廠試驗）勵磁特性數據

對異常設備進行解體檢查，設備內部所有螺栓均未發現松動、標記線移位情況。使用力矩扳手按標準力矩值進行復緊，發現鐵芯與底座的一處固定螺栓和鐵芯一處穿心螺桿固定螺栓力矩值不滿足螺栓裝配的力矩值要求，發生位移。對兩處問題螺栓緊固后復檢，振動信號消失，且復緊后鐵芯勵磁特性試驗數據與出廠時數據相比并無明顯差異。由此可知，此次電壓互感器氣室超聲波信號異常情況是由于氣室內部螺栓緊固不到位導致的。

3 原因分析

結合返廠檢查及試驗結果，分析該次電壓互感器A 相異常振動的原因為：裝配過程中廠家技術人員未按照規范的操作流程及要求安裝螺栓，底座固定螺栓和鐵芯穿心螺桿緊固力矩不滿足要求，鐵芯和夾件間因緊力不足產生間隙，設備運行時，在電磁力作用下出現機械振動情況，超聲波測試儀檢測出異常信號。

4 結語

該次GIS電壓互感器超聲波局放異常事件暴露出廠家對設備的裝配環節管控不到位，技術人員未按操作要求緊固標準件，且在裝配后未開展關鍵工藝復查，未及時發現螺栓夾緊力不足的問題；驗證了出廠試驗中，常規的脈沖電流法局部放電試驗與超聲波局部放電檢測相比，無法有效檢出該類型機械振動缺陷，導致問題設備入網。針對該次異常事件提出如下防范措施與建議：

1）廠家應完善設備安裝階段的質量控制，加強安裝人員培訓，對關鍵工藝除制定工藝管控卡等過程管理措施外，還應在安裝完成后，設置復檢環節，重點加強對螺栓力矩的檢查。

2）GIS設備出廠試驗宜增加超聲波檢測要求，對存在異常振動信號的電壓互感器等關鍵氣室，應確認振動原因并處理，杜絕問題設備出廠。