一起GIS交流耐壓時(shí)超聲檢測(cè)自由顆粒缺陷的分析

柴毅1，胡建軍2

(1.國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司，守夏銀川 750000

2.國(guó)網(wǎng)銀川供電公司，寧夏銀川 750000)

[摘要]在對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行交流耐壓同時(shí)進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)，可有效解決交流耐壓對(duì)微小缺陷不敏感的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)在進(jìn)行GIS交流耐壓時(shí)利用超聲波局放技術(shù)檢測(cè)自由顆粒案例的分析，發(fā)現(xiàn)三相共箱式GIS相別間耐壓順序的選擇對(duì)試驗(yàn)工作量及缺陷檢出效率存在影響，提出根據(jù)母線(xiàn)布置結(jié)構(gòu)優(yōu)先進(jìn)行靠近罐體底部對(duì)應(yīng)相導(dǎo)體的交流耐壓試驗(yàn)及超聲波局放測(cè)試的解決措施，并在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中證明：所提措施更有利于發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備罐體底部自由顆粒缺陷。

關(guān)鍵詞 GIS設(shè)備 交流耐壓 超聲波局部放電 自有顆粒缺陷

中圖分類(lèi)號(hào)TM8551

0引言.

氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備( GIS，Gas InsulatedSwitchgear)具有體積小、占地面積少、易于安裝、受外界環(huán)境影響小等特點(diǎn)，適合在66～1000 kV電力系統(tǒng)中運(yùn)行。近年來(lái)GIS裝用量越來(lái)越大，截止到2015年底，63~1000 kV組合電器在運(yùn)量超過(guò)60 000間隔，年平均增長(zhǎng)率超過(guò)13%。特別是在1 000 kV電網(wǎng)中，占比達(dá)100%。

交流耐壓試驗(yàn)是考驗(yàn)被視品絕緣承受各種過(guò)電壓能力的有效方法，可真實(shí)有效地發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，，對(duì)保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。《關(guān)于加強(qiáng)氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備全過(guò)程管理重點(diǎn)措施》中規(guī)定： “交接試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在交流耐壓試驗(yàn)的同時(shí)進(jìn)行局放檢測(cè)。”局部放電是GIS設(shè)備絕緣劣化的先兆和表現(xiàn)形式，是絕緣進(jìn)一步劣化的原因。超聲波局放測(cè)試是診斷GIS早期絕緣狀況和發(fā)現(xiàn)局部放電的重要手段，與交流耐壓試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，能實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)的有效互補(bǔ)。

1缺陷案例

2015年11月，某330 kV變電站126 kV GIS設(shè)備檢修后進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，并在交流耐壓的同時(shí)進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)。該GIS三相交流耐壓試驗(yàn)順利通過(guò)，按標(biāo)準(zhǔn)D1規(guī)定耐壓試驗(yàn)通過(guò)后在73 kV條件下對(duì)該GIS設(shè)備進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)，在A相進(jìn)行耐壓時(shí)超聲波局放檢測(cè)發(fā)現(xiàn)IV母121間隔處母線(xiàn)存在異常超聲波信號(hào)，如圖1、圖2所示j 。

圖1為超聲波局放檢測(cè)幅值圖譜，圖2為超聲波局放檢測(cè)飛行圖譜。圖1表示超聲波局放峰值、有效值均較大，并存在頻率成分分量;圖2橫軸表示時(shí)間間隔，即超聲波局放檢測(cè)飛行時(shí)間間隔大于20 ms，并且幅值約為7.5 mV。綜合判斷該部位存在自由顆粒放電缺陷，原因可能為GIS母線(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行重新組裝、對(duì)接等過(guò)程時(shí)被二次污染，或現(xiàn)場(chǎng)裝配時(shí)灰塵、異物未徹底清理干凈。在B、C相進(jìn)行交流耐壓時(shí)超聲波局放檢測(cè)正常，121間隔處母線(xiàn)未見(jiàn)異常自由顆粒放電信號(hào)。進(jìn)一步對(duì)該缺陷部位進(jìn)行解體檢查發(fā)現(xiàn)罐體底部存在大小約2 mm X2 mm的類(lèi)似導(dǎo)電膠的膠狀顆粒，期圖3所示。從解體檢查結(jié)果可以看出，交流耐壓試驗(yàn)時(shí)進(jìn)行超聲波局部放電檢測(cè)可以有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部缺陷，提高發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷成功率。

2案例分析

F~13 GIS設(shè)備解體檢查內(nèi)部異物

以上案例中，A相耐壓試驗(yàn)時(shí)超聲波局放檢測(cè)出異常信號(hào)，B、C相耐壓試驗(yàn)時(shí)超聲局放檢測(cè)正常。由此可以看出，三相共箱式GIS交流耐壓時(shí)，三相耐壓順序的選擇對(duì)發(fā)現(xiàn)罐體內(nèi)部缺陷的工作效率有影響。因此，本文結(jié)合三相共箱式GIS設(shè)備母線(xiàn)布置結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了電場(chǎng)仿真。仿真結(jié)果表明選擇不同相別耐壓時(shí)，罐體底部電場(chǎng)強(qiáng)度不同.該GIS母線(xiàn)內(nèi)部三相導(dǎo)體布置型式如圖4所示，從下至上導(dǎo)桿分別為A相、B相、C相，罐體內(nèi)徑為492mm，導(dǎo)桿直徑為90 mm，導(dǎo)桿離中心位置距離為115mm。在73 kV條件下對(duì)三相導(dǎo)體分別施加電壓(其他相接地)進(jìn)行電場(chǎng)仿真，仿真結(jié)果如圖5-圖7所示。

由圖4-圖7仿真分析結(jié)果可以看出，母線(xiàn)導(dǎo)體采用斜三角布置，A相導(dǎo)體位于最下部、B相位于中部、C相位于上部，A相施加73 kV電壓條件下罐體底部電場(chǎng)強(qiáng)度為5.15 kV/cm，B、C相運(yùn)行電壓下罐體底部電場(chǎng)強(qiáng)度為0.073 kV/cm及0.012 kV/cm。

當(dāng)被測(cè)GIS設(shè)備內(nèi)部存在自由顆粒缺陷時(shí)，在高壓電場(chǎng)作用下，自由顆粒因攜帶電荷會(huì)受到電動(dòng)力作用;當(dāng)受到的庫(kù)侖力大于顆粒自身重力時(shí)，小球會(huì)從腔體內(nèi)壁浮起，并在其表面上跳動(dòng)，超聲波局放檢測(cè)到自由顆粒在GIS殼體內(nèi)部放電及碰撞殼體的綜合作用結(jié)果。又由于顆粒受到庫(kù)侖力的大小為：

式中：k為電鏡像力引起的修正系數(shù);電場(chǎng)強(qiáng)度為E。若微粒處于懸浮狀態(tài)時(shí)無(wú)放電發(fā)生，則認(rèn)為微粒所帶電荷量為前一次與電極碰撞時(shí)獲得的電荷量q。結(jié)合仿真分析，當(dāng)先進(jìn)行B、C相耐壓時(shí)罐體底部異物在電場(chǎng)強(qiáng)度接近零，庫(kù)侖力作用下顆粒無(wú)法發(fā)生跳躍現(xiàn)象，超聲波局放未檢測(cè)出異常信號(hào)，而進(jìn)行A相交流耐壓時(shí)，罐體底部最大電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)5.15 kV/cm，受庫(kù)套力作用超聲局放可有效檢測(cè)出自由顆粒缺陷。“由以上分析可知，三相共箱式GIS相別間耐壓順序的選擇對(duì)試驗(yàn)工作量及缺陷檢出效率存在影響且會(huì)增加GIS重復(fù)耐壓的頻次。

3解決措施。

由以生案例分析可以看出，不同布置型的 GIS母線(xiàn)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí)內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度分布不同。因此，本文提出進(jìn)行GIS設(shè)備交流耐壓時(shí)，防止異物導(dǎo)致放電的技術(shù)措施。

(1)對(duì)于母線(xiàn)三相共箱式GIS設(shè)備，應(yīng)根據(jù)母線(xiàn)布置結(jié)構(gòu)優(yōu)先進(jìn)行靠近罐體底部對(duì)應(yīng)響應(yīng)相導(dǎo)體的交流耐壓試驗(yàn)及超聲波局放測(cè)試;

(2)單相耐壓測(cè)試完后，三相短接再次施加運(yùn)行電壓的同時(shí)進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)，由此可避免因母線(xiàn)道題布置結(jié)構(gòu)的原因造成交流耐壓時(shí)罐體底部異物處在低電場(chǎng)強(qiáng)度中，而超聲波檢測(cè)不到局部放電缺陷的現(xiàn)象。

這樣能更快捷、有效地發(fā)現(xiàn)罐體底部顆粒放電信號(hào)，避免先對(duì)其他相別進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)無(wú)法發(fā)現(xiàn)罐體底部顆粒缺陷，而造成后續(xù)IS設(shè)備重復(fù)耐壓的問(wèn)題。

4應(yīng)用效果

2015年12月，對(duì)某檢修后126kVGIS設(shè)備進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，該GIS設(shè)備母線(xiàn)布置結(jié)構(gòu)如圖所示。

為防止內(nèi)部異物放電，按照本文解決措施在交流耐壓同時(shí)進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)，并且首先進(jìn)行B相交流耐壓，在交流耐壓時(shí)進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備IV母罐體底部超聲局放異常，連續(xù)圖譜顯示信號(hào)峰值接近20 mV，飛行時(shí)間大于50 ms，存在自由顆粒放電特征，判斷設(shè)備內(nèi)部存在自由顆粒放電現(xiàn)象。解體檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在漆皮及膠狀顆粒及金屬碎屑顆粒，具體如圖9所示。按照解決措施方法進(jìn)行試驗(yàn)，僅進(jìn)行一相交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，超聲波局放檢測(cè)就高效發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在異物放電現(xiàn)象，不僅提高了缺陷檢出效率，減少了工作量，更避免了重復(fù)耐壓積累效應(yīng)對(duì)設(shè)備的影響。

5結(jié)論

(1) GIS設(shè)備交流耐壓同時(shí)進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)，可有效補(bǔ)充交流耐壓設(shè)備對(duì)異物等部分微小缺陷不敏感特征，為設(shè)備投運(yùn)前質(zhì)量把關(guān)提供幫助;

(2)分析發(fā)現(xiàn)不同母線(xiàn)布置型式的三相共箱式GIS設(shè)備，三相耐壓順序的選擇對(duì)試驗(yàn)工作量及缺陷檢出效率不盡相同，同時(shí)會(huì)增加GIS重復(fù)耐壓的頻次;

(3)根據(jù)母線(xiàn)布置結(jié)構(gòu)優(yōu)先進(jìn)行靠近罐體底部對(duì)應(yīng)相導(dǎo)體的交流耐壓試驗(yàn)及超聲波局放測(cè)試，更有利于發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備罐體底部自由顆粒缺陷。

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