馬永福，包正紅，李子彬，王生杰，陳 堯，劉高飛，李 淵，李秋陽(yáng)，趙文強(qiáng)

( 國(guó)網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院，青海 西寧 810008)

0 引言

氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)(Gas Insulated Switchgear，GIS)導(dǎo)體中通入交變電流時(shí)會(huì)在導(dǎo)體及殼體中感應(yīng)出電場(chǎng)力和電動(dòng)力，這些力會(huì)使導(dǎo)體、殼體和相關(guān)零部件產(chǎn)生微振動(dòng)。當(dāng)設(shè)備存在設(shè)計(jì)缺陷或因安裝工藝控制不良導(dǎo)致零部件松動(dòng)等問(wèn)題時(shí)，會(huì)加劇微振動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)大幅振動(dòng)和異響等，影響安全運(yùn)行。由于GIS設(shè)備結(jié)構(gòu)全密封特性，當(dāng)GIS內(nèi)部出現(xiàn)振動(dòng)和異響時(shí)，專業(yè)人員難以在第一時(shí)間從外部判斷內(nèi)部異常情況，因此通過(guò)不同帶電檢測(cè)技術(shù)，準(zhǔn)確診斷分析內(nèi)部具體情況，并根據(jù)診斷分析結(jié)果開(kāi)展相應(yīng)檢修工作，可減少停電范圍，提升檢修效率。

1 異常概況

某新建750 kV變電站750 kV GIS 設(shè)備在入網(wǎng)調(diào)試期間，對(duì)750 kV Ⅰ母充電后，75711隔離開(kāi)關(guān)C相與750 kV Ⅰ母C相間跨接氣室存在異常振動(dòng)并伴較大異響，具體位置如圖1所示。人手觸摸筒體時(shí)振感明顯，異響音色及頻率與運(yùn)行中750 kV高壓電抗器發(fā)出的聲音相似。起初聲音呈間歇性，約相隔6～10 min出現(xiàn)一次較明顯聲響；帶電約4 h后，較明顯聲響出現(xiàn)間隔時(shí)間縮短至約2 min/次；約5 h后，異常聲響逐漸趨于穩(wěn)定，形成較明顯持續(xù)性聲響。

圖1 75711隔離開(kāi)關(guān)C相至750 kV Ⅰ母跨接氣室

出現(xiàn)異常振動(dòng)和聲響位置為75711隔離開(kāi)關(guān)C相與750 kV Ⅰ母C相間跨接氣室，該氣室一端連接75711隔離開(kāi)關(guān)，另一端連接750 kV Ⅰ母。從750kV Ⅰ母引出后經(jīng)歷“豎直向上—水平—豎直下—水平”四段筒體后到達(dá)75711隔離開(kāi)關(guān)，其中“豎直向下”段筒體異常最為明顯。該段筒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，可以看到內(nèi)部為兩段水平導(dǎo)體和一段豎直導(dǎo)體，水平導(dǎo)體與豎直導(dǎo)體間通過(guò)梅花觸頭連接，豎直導(dǎo)體底部安裝于均勻電場(chǎng)的半球面型金屬屏蔽罩。

圖2 異常氣室豎直段結(jié)構(gòu)

2 異常原因診斷與分析

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，GIS設(shè)備出現(xiàn)異常振動(dòng)和聲響原因有內(nèi)部局部放電和機(jī)械振動(dòng)兩種，因此現(xiàn)場(chǎng)從上述兩方面開(kāi)展檢測(cè)和診斷分析。

2.1 超聲波局部放電檢測(cè)

對(duì)出現(xiàn)異常振動(dòng)和聲響的氣室進(jìn)行超聲波局部放電檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)氣室不同位置均檢測(cè)到大于背景值的信號(hào)，其中“豎直向下”段筒體靠近相別標(biāo)志“C”下方約5 cm處信號(hào)幅值最大，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，對(duì)應(yīng)放電圖譜連續(xù)模式如圖3(a)所示、相位模式如圖3(b)所示。檢測(cè)結(jié)果表明，信號(hào)有效值和幅值均大于背景值，無(wú)50 Hz相關(guān)性，100 Hz相關(guān)性較大，其飛行圖譜為豎直短柱狀，符合機(jī)械振動(dòng)典型圖譜，判斷氣室存在機(jī)械振動(dòng)而非局部放電。

表1 信號(hào)幅值最大處檢測(cè)數(shù)據(jù) mV

圖3 信號(hào)幅值最大處超聲波檢測(cè)

2.2 振動(dòng)及聲紋檢測(cè)

2.2.1 振動(dòng)及聲紋分析

為判斷振動(dòng)類型和幅值，掌握振動(dòng)來(lái)源(殼體或?qū)w)，在異常氣室振動(dòng)和聲響趨于穩(wěn)定后進(jìn)行振動(dòng)及聲紋檢測(cè)，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)采集到的聲壓信號(hào)進(jìn)行聲壓級(jí)分析和時(shí)頻分析，如圖4所示。

圖4 異響聲壓級(jí)

從圖4中可看到，異響聲音量級(jí)較為穩(wěn)定，在測(cè)試點(diǎn)平均聲壓級(jí)為59.1 dB，查詢檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)異響頻率成分較為恒定且復(fù)雜，頻率范圍涵蓋低中高頻區(qū)域。為獲取準(zhǔn)確聲音頻率特征量，進(jìn)行頻譜分析，如圖5所示。

圖5 異響頻譜

從頻譜上看到，異響頻率特征量由33.33(100/3) Hz及整數(shù)倍諧頻構(gòu)成(圖5中各尖端)，在366.67 Hz處聲音最大。異響聲紋特征可歸納為：聲紋特征恒定，隨時(shí)間變化不大，頻率范圍較廣，涵蓋100～3 000 Hz，頻率成分以33.33(100/3)Hz整數(shù)倍頻構(gòu)成。

從上述振動(dòng)及聲紋檢測(cè)結(jié)果可得出：

1)本次GIS異響聲紋頻率范圍較寬，涵蓋低中高頻段，能量集中在5 000 Hz以內(nèi)，表現(xiàn)為穩(wěn)定諧波分量，具有明顯的機(jī)械狀態(tài)改變后的非線性特征，可判斷異常振動(dòng)和聲響是由于機(jī)械故障引起；

2)當(dāng)GIS外部出現(xiàn)機(jī)械缺陷時(shí)，異響聲紋以100 Hz為基頻的整數(shù)倍頻。而本次異響頻率的主頻率為基頻100 Hz的1/3倍，因此判斷該異響應(yīng)該由內(nèi)部機(jī)械缺陷產(chǎn)生，即振動(dòng)來(lái)源為內(nèi)部導(dǎo)體。

2.2.2 聲成像檢測(cè)

為進(jìn)一步鎖定聲源產(chǎn)生位置，使用聲成像技術(shù)進(jìn)行聲源定位，基于異響不同特征量分析，可得到相應(yīng)的識(shí)別結(jié)果，如圖6所示。

圖6 聲學(xué)成像檢測(cè)

聲成像檢測(cè)結(jié)果表明，在不同頻率特征量下異響位置均集中在相別標(biāo)志字母“C”右下方(圖中聲源定位圈中心深色區(qū)域)，為筒體中間位置而非筒體對(duì)接處或零部件連接處，且幅值呈中間強(qiáng)邊緣弱輻射狀。

2.3 X射線檢測(cè)

基于上述診斷，異常振動(dòng)和聲響由GIS內(nèi)部機(jī)械振動(dòng)造成，且聲源位置位于相別標(biāo)志字母“C”右下方。為進(jìn)一步明確內(nèi)部機(jī)械振動(dòng)原因，對(duì)聲源位置及附近區(qū)域進(jìn)行X射線數(shù)字成像檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)C相跨接氣室豎直導(dǎo)體底部屏蔽罩安裝傾斜，屏蔽罩與導(dǎo)體下端面間存在間隙，如圖7所示。為比對(duì)驗(yàn)證，對(duì)B相相同位置進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)B相屏蔽罩與導(dǎo)體連接緊密、無(wú)間隙存在，如圖8所示，證明C相屏蔽罩與導(dǎo)體連接處間隙為異常情況。

圖7 C相屏蔽罩檢測(cè)

圖8 B相屏蔽罩檢測(cè)

2.4 開(kāi)蓋檢查與處理

對(duì)存在間隙的屏蔽罩進(jìn)行開(kāi)蓋檢查，發(fā)現(xiàn)屏蔽罩與豎直導(dǎo)體間位于屏蔽罩平面圓心一顆緊固螺栓固定(如圖7所示)，并未松動(dòng)，但屏蔽罩與導(dǎo)體連接面西側(cè)安裝傾斜，最大處約為10 mm楔形間隙，如圖9所示。由于屏蔽罩與導(dǎo)體連接安裝在廠內(nèi)組裝階段進(jìn)行，因此推斷造成間隙原因?yàn)閺S內(nèi)安裝時(shí)西側(cè)異常受力導(dǎo)致。

圖9 內(nèi)檢

對(duì)存在間隙屏蔽罩進(jìn)行處理后，對(duì)母線充電，充電后異常振動(dòng)和聲響消失，氣室局部放電檢測(cè)、振動(dòng)及聲紋檢測(cè)結(jié)果均正常，表明屏蔽罩與導(dǎo)體間間隙是導(dǎo)致設(shè)備異常振動(dòng)和聲響的原因所在。

3 結(jié)論

此次GIS設(shè)備出現(xiàn)異常振動(dòng)和聲響的原因?yàn)椋簭S內(nèi)生產(chǎn)組裝階段75711隔離開(kāi)關(guān)C相與750 kV Ⅰ母C相間跨接氣室豎直導(dǎo)體與水平導(dǎo)體連接處豎直導(dǎo)體底部屏蔽罩因異常受力導(dǎo)致安裝傾斜，屏蔽罩與導(dǎo)體下端面存在間隙，與主導(dǎo)體貼合不良的屏蔽罩在工頻交變電壓和電流作用產(chǎn)生的電場(chǎng)力和電動(dòng)力等綜合作用下，發(fā)生周期性機(jī)械振動(dòng)和異響，振動(dòng)通過(guò)導(dǎo)體和盆式絕緣子等傳遞至筒體，異響通過(guò)氣體和筒體傳遞至外界。在出廠試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)特殊交接試驗(yàn)階段，因回路電流較小，屏蔽罩綜合受力不足以引起振動(dòng)，缺陷未在試驗(yàn)階段被發(fā)現(xiàn)。

4 建議

1.GIS設(shè)備生產(chǎn)廠家提高對(duì)此類缺陷的重視程度，以此為鑒在組裝生產(chǎn)車(chē)間開(kāi)展培訓(xùn)和安全生產(chǎn)教育，規(guī)范廠內(nèi)生產(chǎn)組裝工藝，實(shí)行關(guān)鍵工藝二次檢查制度，建立健全設(shè)備生產(chǎn)安裝責(zé)任追溯制，將具體零部件安裝責(zé)任落實(shí)到個(gè)人；

2.加強(qiáng)主設(shè)備駐廠監(jiān)造全過(guò)程質(zhì)量監(jiān)督檢查力度，將屏蔽罩安裝等關(guān)鍵工藝納入旁站見(jiàn)證項(xiàng)目，要求監(jiān)造工程師全程見(jiàn)證隱蔽工程質(zhì)量，記錄零部件安裝情況，及時(shí)反饋安裝缺陷，重點(diǎn)關(guān)注屏蔽罩母線出廠試驗(yàn)情況；

3.現(xiàn)場(chǎng)安裝階段母線分支對(duì)接前后，工程建設(shè)單位會(huì)同廠家人員對(duì)GIS筒體內(nèi)部進(jìn)行再次檢查與核實(shí)，確保各部件安裝無(wú)誤。同時(shí)調(diào)試單位加強(qiáng)設(shè)備巡視，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)通過(guò)上述診斷方法進(jìn)行研判、分析和處理。