,,,

(廣東電網(wǎng)有限責任公司東莞供電局，廣東 東莞 523000)

0 引言

氣體絕緣金屬封閉式組合電器設(shè)備(gas insulated switchgear，以下簡稱GIS)由于其結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小等優(yōu)點[1-5]，現(xiàn)已廣泛運用于110 kV至500 kV不同電壓等級的變電站中。但隨著GIS設(shè)備數(shù)量在電網(wǎng)中所占比例的增多，運行中的GIS設(shè)備停電事故對電網(wǎng)穩(wěn)定運行的影響也越來越大。近年來在實際運行過程中，我局已經(jīng)發(fā)生過多起GIS設(shè)備絕緣擊穿短路事故，每次事故都對電網(wǎng)運行造成一定的影響。因此，如何及時有效發(fā)現(xiàn)這些缺陷隱患避免設(shè)備發(fā)生故障，一直是國內(nèi)外研究學者關(guān)注的重點[6-9]。

局部放電是指發(fā)生在GIS絕緣結(jié)構(gòu)中局部區(qū)域內(nèi)的放電現(xiàn)象，主要包括：自由金屬顆粒放電、懸浮電位放電、沿面放電、金屬尖端、絕緣部件氣隙放電等。局部放電能夠有效反映GIS絕緣性能的變化，是衡量絕緣性能的關(guān)鍵指標之一[10-12]。因此，對GIS設(shè)備進行局部放電檢測是非常有必要的。目前，特高頻(ultra-high frequency，UHF)檢測法已經(jīng)在GIS局部放電檢測應(yīng)用越來越廣泛，并實現(xiàn)了在線監(jiān)測，已成為GIS局部放電檢測主要手段[13-14]。UHF檢測法也得到了國際標準IEC62271—203和CIGRE TF15/33.03.05的推薦使用[15]。

在線監(jiān)測技術(shù)是對GIS設(shè)備進行實時監(jiān)測和故障預(yù)診斷的有效技術(shù)手段。筆者所管轄的某500 kV變電站安裝了一套DMS特高頻GIS局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，并成功發(fā)現(xiàn)一起GIS設(shè)備局部放電的缺陷，隨后筆者在現(xiàn)場采用特高頻時差定位法確定缺陷位置。通過解體檢查缺陷原因，發(fā)現(xiàn)結(jié)果與診斷結(jié)果一致。為GIS局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的告警判斷及現(xiàn)場故障點查找提供寶貴經(jīng)驗。

1 在線監(jiān)測系統(tǒng)告警情況

某500 kV變電站220 kV GIS設(shè)備于2011年安裝了DMS的GIS局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，筆者在監(jiān)測后臺發(fā)現(xiàn)從2014年11月24日開始，編號為OCU5-2、OCU5-3、OCU6-1及OCU6-2的耦合傳感器檢測到明顯的連續(xù)性局部放電信號。檢測到信號的耦合傳感器見圖1。

圖1 檢測到信號的耦合傳感器分布圖Fig.1 Distribution map of sensor coupling sensor

該局部放電信號發(fā)展極為迅速，其中耦合傳感器OCU6-1檢測到的信號發(fā)展趨勢見圖2。從圖2可看出，放電幅值和頻次明顯突變。在接近中午12點的時候該信號由間歇性轉(zhuǎn)化為連續(xù)性。發(fā)現(xiàn)該情況后經(jīng)過嚴密跟蹤觀察，發(fā)現(xiàn)耦合傳感器實時測量值和局放信號均持續(xù)出現(xiàn)，且能檢測到的放電信號幅值均超出測量范圍，系統(tǒng)自動識別診斷為浮動電極放電97%。耦合傳感器局部放電單周期相位分部圖譜見圖3。

圖2 局部放電信號發(fā)展趨勢圖Fig.2 Development trend of partial discharge signal

圖3 單周期相位分部圖譜Fig.3 Phase resolved partial discharge

2 現(xiàn)場檢查定位情況

2.1 現(xiàn)場檢測情況

為了排除在線監(jiān)測系統(tǒng)本身是否正常以及外界電磁干擾因素的影響，筆者采用便攜式特高頻局部放電測試儀對圖1中的幾個信號強烈的偶合傳感器重點進行檢測排查，現(xiàn)場也確實存在很強烈的浮動電極信號，現(xiàn)場檢測到的圖譜見圖4。

圖4 現(xiàn)場檢測的圖譜Fig.4 Field test results

2.2 現(xiàn)場定位情況

特高頻時差定位法的原理是根據(jù)局部放電產(chǎn)生的電磁波信號到達不同檢測傳感器的時間不同計算出局部放電源的位置[16-17]。其定位法原理見圖5。假設(shè)特高頻信號的傳播速度c為3×108m/s，兩個特高頻傳感器的距離為D，放電點距離傳感器1的距離為X，距離傳感器2的距離為D-X，通過示波器測得信號到達傳感器1和2之間的時間差為Δt，因此，可以根據(jù)式(1)，求出放電點的具體位置。

圖5 特高頻時差定位法原理圖Fig.5 Ultra high frequency time difference location method

(1)

(2)

式中：Δt為局放信號分別傳播到傳感器1和傳感器2的時間之差；D為測試點傳感器1和傳感器2之間的距離；X為放電點與傳感器1之間的距離；C為電磁波傳播速度。

由于現(xiàn)場多個傳感器的接收信號都很強烈，為了進一步查找出放電點，筆者采用特高頻時差定位法對多個點進行排查定位，測試點見圖6。

圖中將傳感器1安裝在測試點4的位置上，傳感器2安裝在測試點7的位置上，兩個傳感器測試的時域波形見圖7。從圖7中可以看出，傳感器1與傳感器2的時差約為5.5 ns，距離為2.4 m，通過式(2)可計算出放電點與傳感器1的距離為0.375 m，與傳感器2距離為2.025 m，放電點位置就在圖6中25274隔離開關(guān)的C相位置附近。

圖6 現(xiàn)場定位檢測位置圖Fig.6 Results of positioning detection

圖7 局部放電特高頻時差定位波形Fig.7 Ultra high frequency time difference positioning waveform

3 解體檢查

對25274隔離開關(guān)C相氣室進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)該氣室底部存在黑色粉末，進一步解體，發(fā)現(xiàn)傳動的撥叉與其動觸頭桿卡槽之間存在明顯的放電痕跡，放電類型為懸浮電位放電，具體見圖8。

(a)氣室內(nèi)部黑色粉末

(b)動觸頭桿與撥叉間放電點

4 原因分析

在正常安裝時，動觸頭桿插入撥叉后，彈簧需受壓縮3 mm或以上壓縮量，這樣才能保證彈簧與插銷可靠接觸，防止形成電位差引起懸浮放電現(xiàn)象。對25274刀閘C相動觸頭傳動機構(gòu)吊出檢查時，對接觸位置的部件進行尺寸測量，具體尺寸見圖9。

圖9 隔離開關(guān)動觸頭桿的插銷與叉的尺寸Fig.9 Bolt and fork size

圖9中，撥叉內(nèi)徑寬度為16.5 mm，其固定的接觸彈簧自然伸出長度為9.1 mm，撥叉內(nèi)壁的插銷接觸磨損中心線距內(nèi)底面為19.1 mm，由于插銷直徑為16 mm。由此計算(19.1-9.1-16/2=2 mm)，可知接觸彈簧與插銷沒有直接接觸而存在2 mm的間隙，未起到使撥叉與插銷連接等電位的作用。

若傳動銷正好處于撥叉中央，其兩側(cè)與撥叉內(nèi)壁均未接觸，具體見圖10。由于插銷與拔叉之間接觸不良，導致兩者之間存在一定電位差，從而產(chǎn)生一懸浮電位放電的局放信號，這點與解體發(fā)現(xiàn)的放電位置是一致的。

圖10 撥叉與插銷均未接觸的情況Fig.10 Fork and the bolts are not in contact with the situation

5 結(jié)論

1)特高頻局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)對運行中的GIS設(shè)備內(nèi)部局部放電缺陷具有良好的診斷效果，能夠及時發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備內(nèi)部安全運行隱患，確保GIS設(shè)備安全穩(wěn)定運行，為GIS設(shè)備的狀態(tài)檢修提供依據(jù)。本次成功案例也為局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)積累了寶貴經(jīng)驗。在運行中的GIS設(shè)備上安裝特高頻局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)具有十分重要的意義。

2)對疑似局部放電信號可以采用便攜式特高頻局部放電測試儀進行現(xiàn)場排查，對于局放源的查找可通過特高頻時差定位法實現(xiàn)對放電源的準去定位。特高頻時差法很好地彌補了在線監(jiān)測系統(tǒng)無法準確定位這一短板。同時實現(xiàn)對放電源的準確定位為GIS設(shè)備解體檢查工作提供指導性判據(jù)，大大縮短解體檢查的時間，提供工作效率，減低人、財和物的不必要損耗，減少停電時間，提高供電可靠性。

3)隔離開關(guān)的動觸頭桿插銷與拔叉之間的接觸不良會造成懸浮電位，會嚴重影響隔離開關(guān)運行的可靠性。廠家應(yīng)在設(shè)計、零部件加工和裝配過程中給予足夠的重視，確保各零部件的規(guī)格尺寸以及裝配工藝符合標準，確保隔離開關(guān)的動觸頭桿插銷與拔叉以及其他部件可靠連接。