一起110kV组合电器带电检测异常案例分析与处理

葛鑫 张艳霞

摘要：超声波、特高频带电检测技术，能够有效发现组合电器（GIS）隐藏缺陷，弥补常规停电试验存在的不足。针对某次带电检测过程中发现一处110 kV GIS盆式绝缘子存在异常放电信号的现象，通过解体检修及X光探伤检测，发现该盆式绝缘子内部存在数个气泡及局部放电痕迹。经分析该缺陷应为出厂时携带，但是常规出厂耐压试验尚不能有效发现该类缺陷，为此提出在GIS设备出厂耐压试验过程中应加入带电检测手段，从而提升该类缺陷的出厂检出率。

关键词：特高频;超声波;GIS;盆式绝缘子

0 引言

组合电器GIS设备因具备结构紧凑、占地面积小、维护少等优点而得到了广泛应用。然而，GIS设备内部如果产生绝缘类缺陷，由于其电场强度相对集中，缺陷劣化发展速度一般较快，一旦造成事故，其重新修复的难度非常大。

在不解体的情况下，常规停电检修对于GIS类设备缺乏有效的检测手段，近年来电网企业一直致力于推进GIS设备带电检测技术落地。本文介绍了一起110 kV组合电器设备局部带电检测放电异常的案例，应用带电检测技术，提前发现了设备存在的隐藏缺陷，后期该设备通过解体检查分析，验证了检测过程中的相关发现，并提出了建议及改进措施，为今后该类设备的运行维护提供了参考依据[1-3]。

1 GIS设备局放带电检测主要手段

GIS发生局部放电常伴有声、光、机械波、电脉冲、SF6气体化学变化等现象。针对这些现象，运维人员可以采用对应的手段进行检测，具体的检测方法可分为电测法和非电测法两类。电测法主要包括特高频法、高频法和脉冲电流检测法等[4]。非电测法主要包括超声波检测法、光电检测法和化学检测法等。

以上检测方法，有一些不能在设备运行期间进行，有一些不能很好地适应现场复杂环境。所以在实际使用中，运维人员一般采用特高频法和超声波法相结合的检测办法，并获得了一定检测成效[5]。

2 现场检测过程

2.1    被测设备情况

被测GIS设备型号为ZF5-110，由平顶山高压開关厂生产，于1995年5月出厂，1996年6月投运。在本次检测前，该设备一直处于运行状态。该型设备所配备的盆式绝缘子材质均为环氧树脂，且无铠装屏蔽。

2.2    检测过程

2019年8月，在对该110 kV变电站设备带电检测过程中，发现GIS室内环境中存在异常特高频信号。在排除环境干扰信号之后，检测人员发现两处绝缘盆子特高频信号幅值较大。

现场检测特高频图谱，如图1所示，信号幅值稳定，一个周期内正负半周均有放电信号分布，且正负半周信号不完全对称，体现为一簇大信号和一簇小信号，存在一定差异。

检修人员怀疑设备存在疑似缺陷，于是进一步采用超声波检测仪进行测试，但是在GIS室内环境中并未发现明显异常。

2.3    缺陷定位

2.3.1    初步定位

为了对缺陷位置进行精确定位，检测人员在现场多处布置了特高频传感器，如图2所示。检修人员通过读取示波器波形数据，运用信号时延法判断放电源的精确位置。

检修人员通过信号幅值对比发现，UHF2号传感器所采到的信号最为超前，所以判断放电源位置应当在UHF2号传感器出线套管一侧。

于是检修人员对出线套管侧气室进行了特高频和超声波详细检测，发现B相气室穿墙套管处盆式绝缘子存在特高频信号。在该盆子附近也同时检测到一定的超声放电信号，超声波检测图谱如图3所示。检修人员怀疑是因为超声波信号幅值随距离衰减较大，导致之前没有测到超声信号，当距离放电源足够近时才能被检测到。

2.3.2    声电联合定位法

传感器现场布置如图4所示，传感器布置示意图如图5所示，在现场布置2个超声波AE传感器以及1个特高频传感器。根据声电联合定位法，近似认为特高频传感器位置为放电源位置，通过超声信号波形计算放电源精确位置。

红色超声波传感器放置于如图6所示位置时，声电时差最小（大约23 μs），超声波在环氧树脂中的传播速度大约为2 540 m/s，计算出局放源距离红色超声波传感器大约5.8 cm。检修人员初步判断放电源位于该绝缘盆子上。检修人员对信号波形特征进行识别，怀疑为盆子气泡放电缺陷。

2.4    跟踪监测

检修人员发现缺陷之后，高度重视，在2019年8月—12月，对该处放电源进行了4次复测，信号幅值稳定，且未见明显变化。由于110 kV采菱变地处负荷中心，为了保障可靠供电，检修人员决定对其进行解体检修。

3 解体检修

检修人员现场对绝缘盆子进行了更换，并将缺陷盆式绝缘子运至思源电气进行进一步X光试验，如图7所示，盆式绝缘子内有两处明显气泡，大气泡尺寸约为4 cm×2 cm、小气泡尺寸约为2 cm×1 cm，在靠近盆式绝缘子密封圈附近还有一约米粒大小气泡。绝缘盆子切割之后，如图8所示，与X光试验结果相符合。

4 缺陷分析及改进措施

本文基于现场检测与解体试验情况，对该缺陷盆子分析如下：

（1）带电检测的图谱特征与绝缘气隙放电特征一致，且两个较大气泡之间可以看到黑色放电痕迹。由于气隙往往是绝缘最薄弱的一点，局部放电总是从该处开始发展。解体中发现的两个较大气泡之间已有放电痕迹，局部绝缘已发生不可逆的劣化，处于贯通前夕。随着局部放电不断发展，盆式绝缘子的绝缘性能劣化速度进一步加快，有随时击穿的可能性。

（2）该盆式绝缘子出厂时可能就有缺陷。缺陷盆式绝缘子切割后发现米粒大气泡四周有2 cm×4 cm的不平整区域，说明绝缘盆子在浇筑过程中存在局部不均匀的情况，在电场、热胀冷缩等效应的长期作用下，缝隙逐渐发展为气泡。由于该盆式绝缘子已运行20年以上，出厂时的X光检测灵敏度不一定能发现当年的细微缝隙。

改进建议：（1）建议厂家在设备制造时，应严格按照各项工艺技术要求进行各项检测试验，确保设备出厂的完好性。（2）建议对电网内运行超过15年的GIS设备进行局部放电精确检测，确保设备的安全运行。

5 结语

本文通过现场带电检测发现一起GIS绝缘盆子气隙缺陷案例说明，带电检测技术对GIS绝缘类缺陷具有非常高的灵敏度，能够有效发现常规耐压试验无法发现的缺陷。根据分析，该缺陷很有可能是设备出厂时带有的缺陷，所以建议生产厂家在常规耐压试验时增设带电检测试验，通过特高频、超声波等局放检测和脉冲电流法局放检测的优势互补，更好地把控GIS设备的出厂质量。

[参考文献]

[1] 丁登伟，高文胜，刘卫东.采用特高频法的GIS典型缺陷特性分析[J].高电压技术，2011，37（3）：706-710.

[2] 王昌长，李福祺，高胜友.电力设备的在线监测与故障诊断[M].北京：清华大学出版社，2006.

[3] 段大鹏.基于UHF方法的GIS局部放电检测与仿生模式识别[D].上海：上海交通大学，2009.

[4] OKABE S，YAMAGIWA T，OKUBO H.Detection of harmful metallic particles inside gas insulated switchgearUsing UHF sensor[J].IEEE Transactions on Dielectrics & Electrical Insulation，2008，15（3）：701-709.

[5] 陈庆国，张乔根，汪沨，等.SF6气体中放电特征参数及机理[J].高电压技术，2000，26（6）：7-9.