GIS設(shè)備局部放電檢測和定位方法的現(xiàn)場應(yīng)用_圖文

1、供配用電產(chǎn)品與技術(shù)PRODUCT & TECHNOLOGY全封閉式氣體絕緣組合開關(guān)(GIS以其占地面積小,可靠性高,安全性好,安裝周期短,檢修周期長等突出優(yōu)點(diǎn),在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用,是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備,其安全可靠運(yùn)行對電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定具有重要影響。多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,盡管GIS具有很高的運(yùn)行可靠性,但由于在制造、裝配過程中的工藝問題,其內(nèi)部仍不可避免地存在各種缺陷,而這些缺陷的存在會在電壓升高時(shí)引起局部電場強(qiáng)度急劇增大,從而會產(chǎn)生局部放電(簡稱局放。研究表明,如果放任不管這種局放,任其發(fā)展,將很有可能生成危險(xiǎn)的放電通道,導(dǎo)致絕緣擊穿,從而引發(fā)事故?；诖?對GIS 局放進(jìn)行檢

2、測,就能較早地發(fā)現(xiàn)GIS 的內(nèi)部缺陷,以便采取適當(dāng)措施,防止其進(jìn)一步發(fā)展造成事故。 而本文要介紹的正是兩種有效測量GIS 局放的方法,并應(yīng)用于現(xiàn)場測試,成功地運(yùn)用這兩種方法檢測出深圳供電局220kV 梧桐站110kVGIS 的內(nèi)部有較強(qiáng)的局放信號,并成功定位在哪個(gè)氣室。在隨后對這個(gè)氣室進(jìn)行拆蓋檢查后,發(fā)現(xiàn)GIS 內(nèi)部確實(shí)有很明顯的放電痕跡,證實(shí)了兩種方法檢測GIS 內(nèi)部故障的有效性。 超聲波法檢測局放信號(Ultrasonic1.超聲波法的工作原理 在超聲學(xué)中,振動是形成超聲波的主要原因。在產(chǎn)生局部放電時(shí),脈沖力將要施加到周圍材料上,通常這些材料是有彈性的,將要產(chǎn)生振動,生成超聲波。將超聲波傳

3、感器安裝在電力設(shè)備外殼上檢測局部放電產(chǎn)生聲信號的方法稱為超聲波檢測法。在GIS 內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí),將會產(chǎn)生一個(gè)電荷的中和過程,相應(yīng)地會有一個(gè)較陡的電流脈沖,電流脈沖的作用使得局部放電發(fā)生的局部區(qū)域瞬間受熱而膨脹,形成一個(gè)類似“爆炸”的效果,放電結(jié)束后原來因?yàn)槭軣岫蛎浀木植繀^(qū)域恢復(fù)到原來的體積。這種由于局部放電產(chǎn)生的一脹一縮的體積變化引起了瞬間介質(zhì)的疏密變化,形成超聲波,從局部放電點(diǎn)以球面波的方式向四周傳播,并在金屬外殼上出現(xiàn)各種聲波,如縱波、橫波和表面波等。2.深圳220kV 梧桐站110kVGIS 局放檢測過程2009年4月14日,采用了GIS 超聲波局放測試儀對220kV 梧桐站110

4、kVGIS 進(jìn)行了局放信號的檢測。首先采集現(xiàn)場背景信號,如圖1、圖2所示。GIS設(shè)備局部放電檢測和定位方法的現(xiàn)場應(yīng)用文/深圳供電局 曾雄杰 朱正國多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,盡管GIS 具有很高的運(yùn)行可靠性,但由于在制造、裝配過程中的工藝問題,其內(nèi)部仍不可避免地存在各種缺陷,而這些缺陷的存在會在電壓升高時(shí)引起局部電場強(qiáng)度急劇增大,從而會產(chǎn)生局部放電(簡稱局放。圖1現(xiàn)場背景信號-周波圖圖2 現(xiàn)場背景信號-特征圖開關(guān)設(shè)備 供配用電產(chǎn)品與技術(shù)PRODUCT & TECHNOLOGY從圖中可以看出,信號有效值0.9mV,峰值為1mV,反映信號頻率范圍的頻率成分1和頻率成分2接近于零。當(dāng)測到110kVG

5、IS 梧鹽I 線線路側(cè)15354刀開關(guān)氣室時(shí),發(fā)現(xiàn)有較強(qiáng)的局放信號,如圖3圖7所示。從圖中可以看出,信號有效值42mV,周期峰值最大200mV,反映信號頻率范圍的頻率成分1為1.5mV、頻率2讀數(shù)為7.5mV。如果將以上情況下測出的周波圖和特征圖相比較,可以很清楚地看到在梧鹽I 線線路側(cè)15354刀開關(guān)氣室里有較明顯的局放信號,而且從圖上也可很清楚得看到。1從波形上看,信號是呈周期性變化的。2從信號數(shù)值的大小來看,并沒有特定點(diǎn)最大區(qū)域,傳導(dǎo)范圍較遠(yuǎn),絕緣子的衰減較小。3從信號的頻率范圍來看,信號頻率主要集中在1050kHz。 3.事后分析與決定 在測得上述局放信號之后,經(jīng)過分析,初步認(rèn)為是由梧

6、鹽I線線路側(cè)15354刀開關(guān)氣室內(nèi)部中心部件振動(如均壓環(huán)或觸頭和雜質(zhì)共同造成的。不過考慮到超聲波法檢測局放的一些弊端,為了進(jìn)一步 確認(rèn)梧桐站110kVGIS 的局放信號,于是決定進(jìn)一步采用特高頻檢測方法對梧桐站110kVGIS 進(jìn)行了復(fù)測,把兩種方法相結(jié)合,起到優(yōu)勢互補(bǔ)、相輔相成的作用。 特高頻檢測方法(UHF 1.特高頻法的工作原理 特高頻法(UHF是通過天線傳感器接收局部放電過程輻射的特高頻電磁波,實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測。研究認(rèn)為,SF 6氣體中發(fā)生的局部放電,其信號的上升沿很陡,脈沖寬度為納秒級,放電過程可激發(fā)出數(shù)百甚至數(shù)千兆的特高頻電磁波信號。而現(xiàn)場存在的干擾信號的頻譜范圍一般在200M

7、Hz 以下,且在傳播過程中衰減很大,若檢測局部放電產(chǎn)生的數(shù)百兆赫以上的特高頻信號,則可有效地避開電暈等干擾信號,從而使GIS 局部放電測量的信噪比大大提高。 2.梧桐站110kVGIS 局放檢測過程(1局放信號的檢測 梧桐站的GIS 并沒有安裝內(nèi)置式的超高頻耦合器(傳感器。因此測試時(shí)使用外置式超高頻耦合器進(jìn)行測量,該耦合器被固定在GIS 盆式絕緣子的位置上。局放產(chǎn)生的超高頻信號可通過絕緣盆子的窗口被檢測到。將耦合器放置在GIS 的測試點(diǎn)上,記錄檢測到的所有局部放電活動。將耦合器從一個(gè)測試點(diǎn)移動到另一個(gè)測量點(diǎn),依此類推,直至檢測完所有的局部放電檢測點(diǎn)。耦合器在每個(gè)測試點(diǎn)保持幾分鐘,這樣在這段時(shí)間

8、里GIS 內(nèi)部的局部放電活動便被捕捉到。圖4 較強(qiáng)局放信號-12周波圖圖3 較強(qiáng)局放信號-8周波圖圖6 較強(qiáng)局放信號-8周波特征圖圖7較強(qiáng)局放信號-單周波圖圖5 較強(qiáng)局放信號-4周波圖 (2局放信號的定位在斷路器1535GIS 間隔做了一種稱為時(shí)間比較法的測試(TOF。TOF測試包含在“局部放電源”兩側(cè)放置兩只耦合器,測量“局部放電”信號到達(dá)的相對時(shí)間。圖8顯示了所使用的測試方法。 當(dāng)測出以納秒為計(jì)量單位的二個(gè)信號的時(shí)間差后,用下面的公式計(jì)算局部放電源與信號線到達(dá)的耦合器之間的距離 d =(D -0.3t /2m (3局放信號檢測與定位的經(jīng)過 2009年4月17日,第一次測試是在距GIS的15

9、33 斷路器最近端完成的。局放信號在便攜式耦合器放置到G I S 盆式絕緣子上之前就明顯可見。由于信號很強(qiáng),在便攜式儀器的輸入端加入了20dB 的衰減器,以使信號降到可以進(jìn)行幅 度比較的較低值。信號幅度在包含1535斷路器的間隔中最大。我們把所看到的局放信號與存儲的特高頻典型特征圖庫相比較,很容易就能看出這是“部件松動”的局放圖。圖9是信號的單周期顯示,圖10是信 號的峰值顯示,圖11時(shí)信號的P R P D 顯示。 由于信號在多個(gè)盆子式耦合器上清晰可見,于是2009年4月24日在這個(gè)間隔上做了“時(shí)間比較法(T O F ”測試。TOF 測試以相同的方法在不同 的測試點(diǎn)重復(fù)多次。測試發(fā)現(xiàn)圖11 信

10、號的PRPD顯示圖9 信號的單周期顯示圖10 信號的峰值顯示局放源為于A 、B 之間,如圖12所示。為清楚地表示,圖中顯示的是末端間隔,但測試是在1535間隔完成的?？紤]到所有的偏差范圍,圖13顯示了包含局放信號源的大致范圍。圖14顯示的是在做A 到C 的測試時(shí)的“示波器的顯示”。頂部的“蹤跡”是從A 點(diǎn)耦合器測得,底部“蹤跡”是從C 點(diǎn)耦合器測得。TOF 的測試結(jié)果顯示“故障”是位于斷路器區(qū)域,但是考慮偏差范圍,接地刀開關(guān)區(qū)域也是故障可能位于的地方。3.事后分析與決定在測得上述局放信號之后,經(jīng)過分析后認(rèn)為,在包含1535斷路器的間隔中的局放類型是“部件松動放電”。這種局部放電可能是由“部件松

11、動”或“金屬部件斷裂”所引起的。鑒于特高頻法與超聲波法都在梧鹽I線線路側(cè)15354刀開關(guān)氣室附近測得較強(qiáng)的局放信號,并且通過事后的分析都認(rèn)為是由“部件松動”造成的局放,所以經(jīng)過與其他部門商討之后決定在2009年6月1日進(jìn)行開蓋檢查。開蓋檢查情況及缺陷原因分析1.開蓋檢查情況2009年6月1日對梧鹽I 線1535間隔線路側(cè)刀開關(guān)部位進(jìn)行了開蓋檢查,在檢查中發(fā)現(xiàn)了15354刀開關(guān)B 相傳動機(jī)構(gòu)彈簧脫落于導(dǎo)電桿內(nèi),導(dǎo)電桿內(nèi)粉塵較多(如圖15所示,撥叉有輕微電弧燒傷痕跡,軸銷被電弧燒蝕較嚴(yán)重(如圖16所示,(下轉(zhuǎn)第98頁圖12 局放源示意圖 圖13 信號源的大致范圍圖14用示波器定位的示意圖BCA圖8

12、時(shí)間比較法示意圖的過載電流。例如:當(dāng)變壓器與圖1條件相同時(shí),即,當(dāng)變壓器在24h內(nèi)非過載時(shí)段內(nèi)負(fù)載率均為50%時(shí),允許在140%的過載條件下運(yùn)行0.5h,或在120%時(shí)1h、114%時(shí)2h、108%時(shí)4h。額定電流下繞組熱時(shí)間常數(shù)對變壓器的過載特性起決定性作用,值由變壓器的結(jié)構(gòu)決定,值越大,變壓器的過載能力超強(qiáng)。當(dāng)前國產(chǎn)的干式變壓器值均在0.5h以上,當(dāng)有特殊的過載要求時(shí),個(gè)別制造商可根據(jù)承諾做出改造,生產(chǎn)出更高值(0.53h的變壓器。因此,干式變壓器過載系數(shù)、在特定時(shí)間內(nèi)允許承受的最大過載容量或特定過載容量允許承受的最長時(shí)間等,并不是個(gè)定值。地鐵動力變壓器的過負(fù)荷能力地鐵中普遍采用的是目前國

13、內(nèi)最高絕緣等級的H級(或次高的F級干式變壓器,H級采用美國杜邦N o m e x紙絕緣。該絕緣紙的耐熱絕緣等級屬C級,在高溫下具有非常穩(wěn)定的化學(xué)性能,可在220的高溫條件下,長期、安全地使用;而干式變壓器絕緣等級定格為H級,溫度最高允許值留有30K的裕度,因而本身具有較強(qiáng)的過負(fù)荷能力。另外,地鐵中變電所設(shè)有機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng),變壓器的通風(fēng)散熱條件良好,因而具有更強(qiáng)的過負(fù)荷能力。結(jié)束語1地鐵中采用的H級干式變壓器具有較強(qiáng)的過負(fù)荷能力和過負(fù)荷條件,因而有必要,也有條件將動力變壓器容量選擇得更小。2地鐵負(fù)荷統(tǒng)計(jì)、計(jì)算時(shí),有些沒有考慮地鐵設(shè)備運(yùn)行的特殊性,或者采用了不恰當(dāng)?shù)挠?jì)算方法。3當(dāng)前地鐵用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)數(shù)

14、據(jù)不滿足變壓器按過載曲線選擇的條件。建議按不同的運(yùn)行時(shí)段、不同的運(yùn)行模式分別統(tǒng)計(jì)、計(jì)算,求取各種條件下的計(jì)算負(fù)荷,為變壓器的選擇提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。4變壓器容量選擇時(shí),建議對可能出現(xiàn)的各種周期性過負(fù)荷進(jìn)行校驗(yàn)或評估,對偶然出現(xiàn)的較大的過負(fù)荷進(jìn)行評估,以充分地利用其過負(fù)荷能力滿足各種短時(shí)過負(fù)荷的需要。EA(上接第94頁軸銷脫落于導(dǎo)電桿內(nèi)(如圖15所示,B相導(dǎo)電桿未正常分開。經(jīng)進(jìn)一步檢查,沒有發(fā)現(xiàn)其他異常。2.缺陷原因分析由于設(shè)備2006年10月投運(yùn),操作次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壽命,屬同批次另外兩相的定位銷完好,可排除疲勞斷裂、材質(zhì)問題;從現(xiàn)場的定位銷有嚴(yán)重?zé)g痕跡看,該缺陷分析可能由于定位銷裝配不好(或尺寸不合或彈簧裝配不到位,導(dǎo)致定位銷與導(dǎo)體接觸不良而形成電位差,造成長期放電,造成定位銷的強(qiáng)度降低,最后定位銷斷裂,動觸頭不能分開。結(jié)束語1UHF/Ultrasonic可有效檢測運(yùn)行GIS設(shè)備的局放,彌補(bǔ)了GIS設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)的不足。因此,應(yīng)加強(qiáng)對GIS局部放電帶電測試技術(shù)的推廣,積累數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)作為設(shè)備狀態(tài)檢修的參考判據(jù)。在新修南方電網(wǎng)預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中,已將該方法列入了預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目。明確規(guī)定GIS局部放電的帶電檢測周期為投產(chǎn)后一年,運(yùn)行中3年。2GIS局放定位以UHF/Ultrasonic局放檢測法相結(jié)合為宜。其中,放電的初步定