110kV组合电器带电检测数据异常分析及处理

国网保定供电公司 刘胜军 田江波 甄旭峰 王立兵

1.前言

封闭式组合电器(Gas-Insulater Switchgear)简称GIS，其电场结构是用同轴圆柱体间隙，故为稍不均匀电场。而常规变电站则是棒-板组成的不均匀电场。所以，GIS设备具有优良的技术性能和占地面积少的特点。目前GIS设备已得到广泛应用。

超高频局放检测技术是目前对GIS设备普遍采用的状态检测技术，该技术主要由超高频传感器、高速数据采集单元、分析诊断软件三部分组成。超高频传感器负责收集由局部放电脉冲激发并能透过绝缘介质向外传播的超高频电磁波信号，并将该信号转换成可以通过高速数据采集单元进行采集的电信号；高速数据采集单元负责将传感器收集并转换后的电信号变成数字信号存储到计算机中；分析诊断软件利用自带的且能够不断扩充的图谱库对存储的数字信号进行分析诊断，评价局放类型和严重程度。

超声局放检测技术主要适用于空气中的放电检测。声的干扰主要是机械振动和电磁振动，其频率一般小于10kHz，而空气中的放电频率非常丰富，一般高于10kHz，而超声波检测主要采用20kHz以上频带，可不受外部噪声的干扰。GIS设备的超声局放检测位置在外壳的接缝处，由于探头完全置于设备体外，放电信号通过绝缘介质衰减很严重，灵敏度较差，定量分析比较困难，但对局放初测及比较严重的空气中的放电比较有效。

2.缺陷及检查情况

2.1 缺陷情况

2011年10月19日，在对某220kV变电站GIS进行超高频局放测试时，发现该变电站110kV GIS 2号母线101母联间隔及邻近间隔均存在异常信号，且101母联间隔信号最强。且所测信号图谱基本一致，并具有以下特征：(1)信号连续出现；(2)从101母联间隔往两侧及间隔上部测试，信号明显衰减变小；(3)单个异常信号的图谱符合典型放电信号的三角波，如图1所示；(4)信号周期性图谱为20ms、50Hz，具有工频相关性。

图1 单个异常信号的图谱

该GIS为某生产厂家2007年06月出厂的ZF10-126型产品，2007年11月18日投入运行。上次停电例行试验日期为2009年03月27日，试验数据未见异常。

2.2 带电检测检查情况

为确认GIS内部是否存在放电故障，运用超声局放、超高频局放、特高频局放及SF6分解物带电检测手段对该GIS 110kV 2号母线101母联间隔母线气室进行测试，结果如下所述。

通过超声局放测试结果分析，101母联间隔2号母线气室内C相附近发现异常超声信号，信号最大峰值为15mV，100Hz相关性较强（强于50Hz）；超声信号最大值高于背景15倍以上，信号衰减性突出，2米以上或相邻气室无任何异常信号。据此可判断该位置内部存在局部放电情况，具体位置如图2所示。

图2 异常信号所在位置

通过超高频局放测试结果发现，101母联间隔2号母线气室内存在明显放电信号，幅值最大2.27mV，折算成放电信号约为2308pC，放电明显分布在1、3象限，3象限数据明显较大。测试结果如图3和图4所示。

图3 放电测试图谱

图4 放电相位特征图谱

特高频局放测试结果：测试信号幅值最大为0.55mV，50Hz相关性为68.2%，100Hz相关性为3.1%，放电集中在第三象限，第一象限有少量信号。测试结果如图5所示。

图5 特高频局放测试图谱

综合考虑超声局放、超高频局放和特高频测试结果，101母联间隔2号母线气室内存在局部放电情况，判断缺陷类型为支柱绝缘子上有异物或内部存在裂纹引起的局部场强过大，导致间歇性放电。

SF6分解物测试结果：未检测出放电产生的特征气体。可能由于被测气室出气口距离放电位置较远，同时放电母线气室近10米长，气室容量大，假如有特征气体，也可能存在测试反应不够灵敏等情况[1-3]。测试结果如表1所示。

表1 SF6分解物测试数据

2.3 解体检查情况

2012年04月15日，对该GIS 110kV 2号母线101母联间隔2号母线气室进行解体检查，未发现支柱绝缘子表面有异物或裂纹，气室内未发现连接部件接触不良或异物。为彻底消除隐患，将110kV 2号母线101母联间隔2号母线气室内15只支柱绝缘子全部进行了更换。

2.4 返厂检查情况

为进一步检查该GIS 110kV 2号母线101母联间隔2号母线气室内15只支柱绝缘子是否存在缺陷，将更换的15只支柱绝缘子返厂进行了交流耐压、电气局放和X光探伤检测。

15只支柱绝缘子均通过5分钟230kV交流耐压试验。但电气局放测试过程中，发现101-2刀闸下部2号母线气室内C相绝缘子89千伏电压下局放量达到10546pC（生产厂家要求不大于3pC），局放起始电压49千伏，熄灭电压16千伏。对该只绝缘子进行X光探伤检测，结果发现该只支柱绝缘子内部有裂纹。该只支柱绝缘子X光探伤检测结果如图6所示。

该GIS 110kV 2号母线101母联间隔2号母线气室内更换该15只支柱绝缘子后，设备投入运行。经超声局放、超高频局放、特高频局放及SF6分解物跟踪监测，未发现异常。

3.预防性措施

某220kV变电站110kV GIS内部缺陷的及时发现，得力于超声局放、超高频局放、特高频局放等带电检测手段，防止了一起可能发生的GIS绝缘击穿而引起的故障跳闸事故。

为防止此类故障导致事故的发生，今后应采取以下防范措施：

(1)随着状态检修工作的深入开展，电网设备停电试验周期越来越长，最长停电试验周期可达六年。为及时掌握电网设备设备状态，应定期开展电网设备带电检测工作。

(2)126kV及以上GIS用盆式绝缘子、支柱绝缘子生产厂家应逐只进行交流耐压和电气局放试验。考虑到GIS内部电场结构为稍不均匀电场，设计场强远高于其它常规设备，盆式绝缘子、支柱绝缘子的局部缺陷对GIS内部绝缘影响较大，故GIS生产厂家应逐只进行X光探伤检测。

(3)为便于开展GIS带电检测和在线监测，GIS出厂前，生产厂家应在GIS罐体内预设电极。

(4)为准确判断GIS内部缺陷的性质、严重程度和具体部位，应综合利用超声局放、超高频局放、特高频局放等带电检测手段。

4.结论

为防止GIS内部故障而导致设备损坏事故，应在产品制造和运行管理两方面采取综合措施。在GIS制造过程中，生产厂家应应加强质量管理，细化工艺控制卡，做到每个生产细节都得到严格把关，确保质量管理体系有效运转。在运行管理方面，应定期开展电网设备带电检测工作，综合利用超声局放、超高频局放、特高频局放等带电检测手段。

[1]季严松,王承玉.SF6气体分解产物检测技术及其在GIS设备故障诊断中的应用[J].高压电器,2011,47(2):100-107.

[2]李晓峰,霍凤鸣,甄利.利用SF6气体分解物对断路器运行状况进行诊断的方法探讨[J].高压电器,2011,47(1):103-105.

[3]陈晓清,彭华东.SF6气体分解产物检测技术及应用情况[J].高压电器,2010,46(10):81-89.