带电检测技术在COMPASS组合电器中的应用

李琮，王万宝，付兆远，许志元，李晓磊

（国网山东省电力公司济南供电公司，济南250000）

带电检测技术在COMPASS组合电器中的应用

李琮，王万宝，付兆远，许志元，李晓磊

（国网山东省电力公司济南供电公司，济南250000）

介绍罗盘式（COMPASS）组合电器新型带电检测技术，分析超高频检测、超声波检测、SF6分解物检测及红外热像检测的原理和方法。通过一起110 kV COMPASS开关带电检测诊断和处理的应用案例，说明了在不停电状态下发现COMPASS组合电器内部故障、有效监测设备状态、提高COMPASS组合电器的运行可靠性方面，带电检测技术有极为重要的意义。

COMPASS；超声波；超高频；SF6分解物；红外热像

0 引言

紧凑型罗盘式（COMPASS）组合电器是介于户外GIS和常规敞开式高压电器之间的一种新型户外组合电器。COMPASS为紧密型、工厂预先制造、空气外绝缘变电站设备总称［1］。它将单相SF6断路器和CT组合成一个基本的“Γ”型元件，三相设备将3个“Γ”型元件安装在一个户外活动小车上，并将隔离插头安装在相邻的支柱绝缘子上，具有节省土地面积、安装快捷、维修方便、可靠性高等优点。由于其结构紧凑．其“Γ”型元件一些内部隐患和缺陷很难被发现。随着带电检测技术的不断发展，新型的技术检测手段可以在设备不停电状态下有效监测设备状态，及早发现设备隐患，大大提高COMPASS组合电器的运行可靠性［2］。

1 组合电器带电检测技术

1.1 超高频检测技术

超高频局放检测技术是目前国内对组合电器类设备普遍采用的带电检测技术。通过超高频传感器检测设备内部放电产生的超高频信号从而发现缺陷。超高频信号的频率一般为300 MHz～3 GHz。整套测试系统由数据采集单元（超高频信号传感器）和专家诊断系统构成，如图1所示。通过局放传感器捕获设备内由于绝缘缺陷在运行电压下辐射的高频电磁波，再通过数字信号处理技术来判断是否发生局部放电及放电类型。超高频法的最大优点是可有效地抑制背景噪声，如电晕等产生的电磁干扰等，为组合电器类设备状态检修的实施提供可靠的数据支撑。

图1 超高频检测原理

1.2 超声波检测技术

超声波检测原理是通过放置在COMPASS外壳上的传感器接受内部放电产生的振动或超声波信号来检测内部放电故障。超声波信号的频率一般为20 kHz以上。其识别的频率要远低于超高频，因此其对机械振动和较低频率的电磁信号反应灵敏，能够发现传感器附近的内部松动缺陷，如固定螺栓力矩不足、屏蔽罩松动、绝缘子表面颗粒情况，特别能检测故障早期的振动信号。采用超声检测时，应对超声信号幅值、相位及信号分布进行综合分析。

1.3 SF6气体分解物检测技术

SF6气体分解物检测技术是对组合电器内部的SF6气体以及固体绝缘材料分解物的成分进行含量分析，快速判断设备内部的隐患及位置［3］。SF6电气设备分解物的检测方法大多采用电化学法，具有耗气量小、检测灵敏度高、响应速度快、稳定性强、操作简单等优点，在设备检测现场得到广泛使用。在进行分解物检测时，SF6气体从设备取样阀经导气管进入测试仪器、传感器进行检测，经分析处理后将分解物浓度转换成相应的电信号进行判断，从而根据分解物的种类和浓度判断故障类型、查找事故隐患。因此，SF6气体分解物测试是一种有效监测及诊断SF6电气设备的方法［4］。

1.4 红外热像检测

红外热像技术是通过非接触方式精确地测量目标温度，将不可见的红外辐射转换成电信号并形成可见的图像。通过实践应用发现，红外热像技术对检测敞开式电气设备的电压致热型缺陷和电流致热型缺陷有良好的效果，如图2所示。红外热像技术已成为诊断电气设备热故障的重要手段，但由于组合电器设备的紧凑性、封闭性以及SF6气体传热的特性使得红外测试手段的应用效果不理想。

图2 红外检测图谱

2 带电检测技术应用

2014－02－24，供电公司运行人员在巡视110kV变电站时发现COMPASS设备C相开关有异常声音出现。该开关型号为COMPASS-145／1600-40，2004年6月投运。检修人员对该台设备开展红外热像检测、超声波局部放电检测、SF6气体湿度检测以及分解物检测，并根据检测情况对该台设备进行了跟踪检测。

2.1 带电检测数据分析

2.1.1 红外热像检测

对设备进行红外热像检测时，线路负荷电流为48.6 A，环境温度为12℃。经检测，该开关A、B、C三相热点最高温度均为23℃左右，没有明显热点。依照DL／T 664—2008《带电设备红外诊断应用规范》，未达到缺陷性质的要求。红外热像检测诊断结果为正常。

2.1.2 超声波局部放电检测

试验人员对该开关C相进行超声波局部放电检测，如图3所示。检测位置选择开关底座，随后对A、B两相开关进行测试数据对比，测试数据如表1所示。

图3 超声波C相测试数据

表1 超声波局放检测结果mV

根据检测结果可知：C相信号幅值较大且局放信号稳定，与其他两相相比出现明显增长，说明内部存在较大放电。50 Hz相关性和100 Hz相关性较明显，且100 Hz相关性比50 Hz相关性大，说明存在由于设备内部部件松动引起放电。从图3可以看出，放电一般发生在电压上升沿，并且产生较为连续的包络线，一个周期内有两簇信号集中度不太明显的聚集点，说明可能存在因接触松动而造成的电位悬浮放电。同时从相位模式也可以看出呈现多条竖线痕迹，并在180°左右两侧分布，对称均匀度不明显，说明可能内部存在机械振动。

2.1.3 SF6气体湿度检测以及分解物检测

《山东电力集团公司十八项电网重大反事故措施》中规定：对于带电局部放电检测发现局放量异常的设备，应同时结合SF6气体分解物检测技术进行综合分析和判断。因此对该COMPASS设备进行SF6气体湿度检测和分解物检测。

1）SF6气体湿度检测。测试时110 kV开关压力为0.6 MPa。SF6气体湿度测试结果为80 μL／L，小于状态检修试验规程中要求的运行中注意值300 μL／L。气体湿度检测结果显示正常。

2）SF6气体分解物检测。SF6气体分解物测试结果如表2所示。

表2 气体分解物测试数据μL／L

国网公司送变电（2010）11号《电力设备带电检测技术规范（试行）》规定，该开关分解物SO2组份为3.8μL／L，超出正常值2 μL／L，但未达到缺陷标准5 μL／L，为注意状态，分解物含量偏高，内部可能存在低能量放电或接近500℃过热性故障。

2.2 异常情况跟踪

对设备开展追踪诊断性带电检测工作，检测数据如表3、表4所示。试验数据表明：超声波局放检测幅值不断增大，分解物含量持续增高，已达到缺陷标准，设备内部存在严重放电情况，应尽快对该台设备进行停电检修。

表3 超声波检测结果mV

表4 SF6气体分解物测试结果μL／L

2.3 设备检修解体

2014-03-30，检修人员对该开关进行解体检修时，发现C相断路器分闸弹簧均存在严重的锈蚀现象，防护罩内有大量的铁屑，如图4所示。

图4 分闸弹簧及其防护罩

对开关灭弧室进行解体后，发现灭弧室均存在屏蔽罩固定铆钉断裂的情况，有两个铆钉已脱落，如图5所示。

Application of Live Detection Technology on COMPASS

LI Cong，WANG Wanbao，FU Zhaoyuan，XU Zhiyuan，LI Xiaolei
（State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250001，China）

A new live detection technology is introduced which is applied on COMPASS.The detection principle and method of UHF，ultrasonic testing，SF6decomposition detection and infrared detection are analyzed.One actual application case on a 110 kV COMPASS switch is described in order to testify the significance of live detection technology，in other words，it plays a vital role in detecting equipment internal fault，monitoring equipment status and improving reliability of COMPASS.

COMPASS；ultrasonic；UHF；SF6decomposition；infrared thermography

TM595

B

1007－9904（2015）04－0064－03