某电厂220kV GIS断路器C相超声波局放异常处理

苏州工业园区蓝天燃气热电有限公司 王世宏

某E级燃气轮机电厂220kV GIS装置为室内配置，共有12间隔，其中5个变压器间隔、4条出线间隔、1个母联间隔、2个电压互感器间隔，每个间隔由不同的气室和设备组成，每个气室配有1个充气阀、1个密度开关、1个防爆盘、1个吸湿器，根据需要有的气室还配有1个带电显示器，气室的额定压力都是相同的，均为0.63MPa。GIS装置中的SF6断路器型号为B105-CB，带FX3-2型弹簧操作机构，为单压单断口型，三个水平断路器与操作机构构成一个整体单元，为单相控制。

根据《DL/T 1250—2013气体绝缘金属封闭开关设备带电超声局部放电检测应用导则》要求带电超声局部放电检测周期：运行中设备应在设备投运后1个月内进行一次运行电压下的检测，记录每一测试点的测试数据作为参考数据，今后运行中测试应与历史数据进行纵向比对；252kV及以下电压等级设备一年检测一次，500kV（363kV）及以上电压等级设备半年检测一次。

根据规程规定和试验标准，某电厂对运行中的GIS设备进行超声波局放检测，在检测中发现2502开关C相波形异常，有0～100Hz放电迹象，超声波局放信号特征值为35.5Pc，按技术监督要求超过75Pc不允许投运。在后续的工作中，每月定期对2502开关C相进行超声波局放检测跟踪，波形有缓慢增大的趋势。依据超声波局放检查结果，推测装置内部可能存在绝缘问题，如属实将大大降低对外的供电可靠性，对人身和设备造成严重威胁。

1 超声波局放检测原理及试验要求

1.1 超声波局放检测原理

GIS内部发生局部放电时，由于分子的剧烈撞击、气泡的形成和发展、颗粒的跳动以及固体材料的微小振动，会发出几十到几千赫兹的瞬态高频超声波，信号波长较短、方向性较强、能量较为集中。当声波到达GIS外壳的内表面后会引起外壳微小震动，通过声发射传感器将材料的机械振动转换为电信号，并通过对该信号进行滤波、放大、采样、存储和数字信号处理等一系列操作，得到局部放电信号的多个特征值，通过分析相关特征值来判断局部放电水平并对放电源进行定位。

1.2 GIS超声波局放检测试验要求

GIS超声波局放检测试验在设备正常运行状况下测试（常用）或在GIS耐压试验中同时进行。

试验周期：在GIS投运1年内每3个月测量1次，如无异常，投运一年后每年测试1次。在以下情况可以进行检测：设备交接时；设备大修后；主观认为必要时。试验标准：无明显放电信号；可能出现的绝缘缺陷类型：位置不固定的绝缘缺陷。主要是自由导电杂质和灰尘的侵入造成的；位置固定的绝缘缺陷，可能由以下原因造成：安装错误，如电极安装不良、错位等；装配工具和零部件遗留在设备内部；电极表面的损伤；运输中的损坏，如零件松动脱落，触头、弹簧、屏蔽罩等的移位变形等；测试注意事项：每季度应进行一次局部放电测量及SF6气体分解物检测。另外，在初次送电、检修后、经受大负荷冲击后应进行局放检测，对于局放量异常的设备，应同时结合SF6气体分解物检测技术及上次局放测量的数据进行综合分析和判断。

2 GIS断路器C相超声波局放异常原因分析及处理方法

2.1 原因分析

分析一：GIS开关本体存在缺陷，2502开关C相内部结构件存在松动现象。对2502开关进行分合闸特性试验（图1～2），数据正常；对2502开关C相进行分部X光检测，成像证明内部元件无位移及发热现象。综合上述，两项测试排除了2502开关C相内部结构件存在松动、发热现象的问题，证明开关本体无故障，进行下一步的排查工作。

图1 合闸时间A1:112ms

图2 分闸时间A1:26.8ms

分析二：2502开关C相内部动静触头磨损有粉尘颗粒。对国内同批次相同型号GIS设备的电厂及变电站进行调研，各单位GIS间隔数、超声波局放不合格数量、所占比例分别为：某燃煤电厂14/0/0，A变电，20/0，B变电,18/0/0，某燃机电，12/1/8.3%。通过该项调研数据分析：使用该批次型号的GIS设备的变电站和燃煤电厂超声波局放检测均合格。所以初步判断为燃机电厂为调峰电厂，启停次数较多，开关动作频繁，2502开关C相内部动静触头磨损有粉尘颗粒。

分析三：设备安装环境恶劣，现场有粉尘，导致2502开关C相内部有灰尘。GIS设备安装需要在无尘化环境进行，要求地面干净整洁、无油污、无扬尘、空气相对湿度小于80%等条件。某燃机电厂在GIS设备安装时现场环境较差、有扬尘，导致2502开关C相内部有灰尘；分析四：GIS开关灭弧室内壁表面不平整或有粉尘。

2.2 处理方法

综合测试的结果象及分析的原因，对2502开关C相进行抽出检查。工作方法如下：

第1阶段。2号主变2502开关（Q50开关）转检修，停电回路及相关气室降压和回收状态如图3；第2阶段。2502开关C相抽出检查及故障处理：发现问题；2502开关C相抽出后检查发现开关腔室内壁存在凹槽，表面有毛刺，此处为电荷汇聚超声波局放异常的主要原因；打开2502开关C相灭弧室检查动静触头处无磨损粉尘颗粒、开关本体干净无灰尘。综上检查后将内壁凹坑处用砂纸打磨并用酒精、无尘布清理，将毛刺磨平从而减少内部电荷汇聚放电情况。

图3 停电回路及相关气室降压和回收状态

第3阶段。2502开关C相回装：开关气室C相灭弧室恢复安装、开关气室C相灭弧室连轴抽真空、2502开关C相灭弧室气室充气至6.3bar额定压力；采用检漏仪（定性或定量）直接探测检漏，防止出现漏气问题；G4和G9气室补气至6.3bar额定压力；合上2502间隔断路器机构储能电机电源，合上断路器，拆卸2号主变2502开关主变侧250227接地刀闸（Q35接地开关）的接地连接块，进行回路电阻测量（Q34-Q35），结果为124微欧，合格；恢复安装2号主变2502开关主变侧250227接地刀闸（Q35接地开关）的接地连接块；涉及的G0、G4和G9气室微水测量，以及G0气室气密性复核，确保无泄漏问题；检修结束后，利用空出220kV母线全电压对2502开关间隔进行充电试验，试验正常（因GIS设备安全距离小，未采用注入交流工频耐压试验方法）。

3 结语

在处理投运半年后，对2502开关C相进行超声波局放检测发现，2502开关处局放波形平稳，超声波局放信号特征值为7.11Pc，较处理前的35.5Pc有明显下降，已无放电迹象。总结此次问题，原因为2502开关C相腔室内壁在出厂时存在设备质量缺陷，导致在进行超声波局放检测时出现波形异常现象。

防范措施：定期进行超声波局放检测发现波形异常时应每月定期进行跟踪检测，第一种是观察波形的增幅来确认是否必须停运检查处理，第二种是当超声波局放信号特征值超过75Pc时需停运检查处理；针对燃机电厂启停次数较多、开关动作频繁问题，电厂在运行方式调整上尽量减少开关动作次数，防止因开关本体结构件松动等异常造成故障的扩大；当超声波局放异常原因不明确时，可进行开关分合闸特性试验、SF6气体检测、回路电阻测量和微水试验来间接判断是否存在开关本体问题；运行人员加强设备巡检监视，聆听有无异常声音，有无异常气味及观察SF6气体压力。