張 川，胡長猛，王 輝，陳 佳，楊 旭

(1.南瑞集團(tuán)(國網(wǎng)電力科學(xué)研究院)有限公司，南京 211106； 2.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，武漢 430074)

0 引言

金屬氧化物避雷器主要用來限制大氣過電壓和操作過電壓，它作為一種重要的保護(hù)設(shè)備，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用[1-6]。

在變電站內(nèi)，相比于柱上避雷器，封裝在GIS內(nèi)部的避雷器具有顯著的優(yōu)勢，其運(yùn)行中不受外部環(huán)境影響，另一方面GIS氣室內(nèi)充有SF6氣體，具有優(yōu)異的絕緣特性和滅弧性能。因此GIS 避雷器的絕緣強(qiáng)度極高[7-10]。

雖然GIS避雷器在運(yùn)行中表現(xiàn)出諸多優(yōu)勢，但是其產(chǎn)品質(zhì)量在生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝過程中難以得到有效保證。避雷器絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在的細(xì)微缺陷，如裂紋、氣泡、雜質(zhì)等，仍然會(huì)對GIS避雷器的安全運(yùn)行造成隱患。而存在該類缺陷的避雷器產(chǎn)品，往往能順利通過出廠例行試驗(yàn)投運(yùn)到變電站現(xiàn)場。在現(xiàn)場交接試驗(yàn)中，GIS 避雷器是連同整個(gè)GIS 設(shè)備同時(shí)開展耐壓試驗(yàn)的，試驗(yàn)時(shí)間短，局部放電檢測方法有限，檢出效率低，無法發(fā)現(xiàn)GIS避雷器內(nèi)部的絕緣放電缺陷。導(dǎo)致有些避雷器設(shè)備帶缺陷投運(yùn)，在運(yùn)行電壓的長期作用下，缺陷向放電發(fā)展，且放電的規(guī)模會(huì)發(fā)展變大，最終危害GIS 避雷器的安全運(yùn)行[11-12]。

帶電檢測作為狀態(tài)檢測的一種技術(shù)手段，能超前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患、降低事故損失。為了實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，需要定期對GIS 避雷器開展帶電檢測[13]。

筆者介紹了一起GIS避雷器帶電檢測案例，采用了多種帶電檢測方法進(jìn)行了巡檢，并經(jīng)過精確定位，確診了局放信號位于GIS 避雷器氣室內(nèi)部，然后進(jìn)行了短期跟蹤檢測，最后解體驗(yàn)證了檢測方法的有效性和定位結(jié)果的準(zhǔn)確性，本次檢測處理的方法和經(jīng)驗(yàn)為GIS避雷器的運(yùn)維檢修提供一定的參考和指導(dǎo)。

1 帶電檢測異常情況

帶電檢測工作人員對某220 kV變電站內(nèi)GIS設(shè)備進(jìn)行了特高頻、高頻和超聲波局部放電檢測。在某220 kV GIS避雷器氣室內(nèi)，特高頻法和高頻法檢測到了異常信號，而超聲波檢測未見異常。

該避雷器型號為Y10WF1-200/496，額定電壓為200 kV，持續(xù)運(yùn)行電壓為156 kV。該避雷器是連同整個(gè)GIS設(shè)備于2010年投運(yùn)。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測周期，每年開展一次局部放電帶電檢測，且歷年來均未檢測到異常情況。該避雷器氣室自投運(yùn)至今，一直運(yùn)行正常，沒有經(jīng)歷過停電解體及其他重大檢修活動(dòng)。

1)特高頻局部放電檢測情況

特高頻局部放電檢測是采用特高頻傳感器對GIS設(shè)備中局部放電產(chǎn)生的特高頻電磁波信號進(jìn)行檢測，從而獲得局部放電的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)局部放電檢測。本次帶電檢測過程中，將特高頻傳感器裝設(shè)在避雷器氣室及其連接氣室的盆式絕緣子處(見圖1(a))，以及避雷器氣室下方接地線處的外露絕緣件(見圖1(b))。

圖1 特高頻檢測位置Fig.1 UHF test position

在圖1中的5個(gè)特高頻測點(diǎn)均檢測到了明顯的異常信號，其中測點(diǎn)2和測點(diǎn)5的信號幅值最大。測點(diǎn)5的特高頻信號圖譜見圖2，在GIS設(shè)備周圍的空氣中測得的背景信號圖譜見圖3。

圖2 測點(diǎn)5的特高頻信號圖譜Fig.2 UHF signalspectrum of point 5

圖3 特高頻背景信號圖譜Fig.3 UHF background signal spectrum

圖2 表明，信號在一個(gè)工頻周期內(nèi)呈兩簇分布，相位相差大約為180°，信號幅值比較分散，且具有一定對稱性，符合絕緣類放電特征[14]。

由于測點(diǎn)5的異常信號幅值明顯高于背景信號幅值，且具有典型的絕緣放電特征，初步判斷異常信號可能來源于避雷器氣室內(nèi)部。

為了確定信號源的具體位置，采用高速示波器進(jìn)行了精確定位將定位用的兩個(gè)特高頻傳感器分別布置在測點(diǎn)2和測點(diǎn)5的位置。定位結(jié)果表明，測點(diǎn)5的信號超前于測點(diǎn)2的信號約1.6 ns，經(jīng)時(shí)差定位法計(jì)算，確定信號源位置在該避雷器氣室中部偏下位置。

2)高頻局部放電檢測情況

當(dāng)GIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)生放電時(shí)，通常會(huì)在其接地引下線或其他地電位連接線上產(chǎn)生脈沖電流信號，高頻局部放電檢測是采用高頻電流傳感器檢測流過接地引下線或其他地電位連接線上的高頻電流信號，實(shí)現(xiàn)對GIS設(shè)備的局部放電帶電檢測。

本次帶電檢測過程中，將高頻電流傳感器裝設(shè)在避雷器下方外露的接地線上，見圖4。

圖4 高頻電流傳感器安裝位置Fig.4 HFCT test position

高頻局部放電檢測圖譜見圖5，在該避雷器周圍空氣中測得的背景信號圖譜見圖6。

圖5 高頻局部放電檢測信號圖譜Fig.5 High frequency partial discharge detection signal spectrum

圖6 高頻背景信號圖譜Fig.6 HF background signal spectrum

圖5結(jié)果表明，檢測到的高頻信號分布在一個(gè)工頻周期的第一和第三象限，脈沖分布較密，符合絕緣類放電特征。

3)超聲波局部放電檢測情況

GIS超聲波局部放電檢測法的基本原理是通過超聲波傳感器對GIS中發(fā)生局部放電時(shí)產(chǎn)生的超聲波信號進(jìn)行檢測，從而獲得局部放電的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)對GIS設(shè)備的局部放電檢測。

本次帶電檢測過程中，將超聲波傳感器安裝在GIS避雷器氣室及其連接氣室的外殼表面，檢測點(diǎn)位置見圖7。

圖7 超聲波檢測位置Fig.7 AE test position

超聲波檢測結(jié)果見表1。

表1 超聲波檢測結(jié)果Table 1 Ultrasonic test result

4)其他手段帶電檢測情況

為了輔助局部放電檢測結(jié)果，對該避雷器氣室進(jìn)行了泄漏電流檢測和SF6氣體狀態(tài)檢測。泄漏電流檢測和SF6氣體狀態(tài)檢測周期均為每年度一次，將本次檢測結(jié)果與最近兩次的歷史檢測結(jié)果進(jìn)行了對比，泄漏電流檢測和SF6氣體狀態(tài)檢測結(jié)果分別見表2和表3。

表2 泄漏電流檢測結(jié)果Table 2 Leakage current live-testing result

表3 SF6氣體狀態(tài)檢測結(jié)果Table 3 SF6 gas state detection result

表2和表3結(jié)果表明，該避雷器氣室的泄漏電流檢測和 SF6氣體狀態(tài)檢測結(jié)果均顯示正常[16-17]。

避雷器泄漏電流檢測是對金屬氧化物避雷器施加持續(xù)電壓時(shí)檢測流過其本體的電流值，即全電流Ix，全電流由阻性電流Ir和容性電流Ic組成，阻性電流由各次諧波組成，表征避雷器運(yùn)行情況的特征量主要是全電流Ix和阻性電流基波峰值Ir1p，根據(jù)避雷器的全電流和阻性電流基波峰值變化可判斷避雷器內(nèi)部是否受潮、金屬氧化物閥片是否發(fā) 生劣化等。本次帶電檢測過程中，避雷器泄漏電流檢測未發(fā)現(xiàn)異常，說明該避雷器氣室內(nèi)部不存在絕緣表面受潮或閥片絕緣劣化等現(xiàn)象。

SF6氣體狀態(tài)檢測主要是檢測SF6氣體純度、濕度和分解產(chǎn)物等狀態(tài)參數(shù)，通過檢測最終分解產(chǎn)物SO2和H2S的值來反映GIS氣室內(nèi)部是否存在局部放電和過熱缺陷。在本次帶電檢測過程中，未發(fā)現(xiàn)有SO2和H2S，說明在該避雷器氣室內(nèi)部，有SF6氣體流動(dòng)覆蓋到的導(dǎo)體和絕緣部件表面不存在局部放電和過熱等現(xiàn)象。

通過采用多種帶電檢測手段進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，僅特高頻法和高頻法檢測到了異常信號，信號具有絕緣放電特征，并采用時(shí)差定位法定位信號源位置在避雷器氣室中下部。超聲波法未檢測到異常信號，泄漏電流檢測和SF6氣體狀態(tài)檢測也未見異常。

1.4 吸血率的計(jì)算 目視法：觀察麻醉按蚊腹部吸血狀況，吸血率=吸血按蚊數(shù)量/總按蚊數(shù)量。稱重法：稱取吸血后按蚊的總體重，吸血率=（吸血后按蚊體重-吸血前按蚊體重）/充分吸血按蚊體重［9］。

為了確認(rèn)該避雷器氣室內(nèi)部的放電信號是否為持續(xù)性信號，建議進(jìn)行跟蹤檢測，縮短檢測周期，密切關(guān)注異常信號幅值及圖譜特征的變化情況。

2 異常信號跟蹤情況

將該避雷器氣室的檢測周期縮短至每兩周一次，采用多種帶電檢測手段連續(xù)跟蹤檢測了4個(gè)月。檢測結(jié)果均顯示，特高頻法和高頻法能檢測到具有絕緣放電特征的異常信號，超聲波法、泄漏電流檢測法和SF6氣體狀態(tài)檢測法均未檢測到異常。因此，懷疑可能是氣室內(nèi)部避雷器的絕緣器件內(nèi)含有氣泡或雜質(zhì)缺陷，在長期承受運(yùn)行電壓的作用下，產(chǎn)生局部放電。

在跟蹤檢測過程中，特高頻信號幅值的分布見圖8。

圖8 特高頻信號幅值分布圖Fig.8 UHFsignal amplitude distribution diagram

圖8表明，特高頻信號幅值不穩(wěn)定，在跟蹤檢測期間，沒有發(fā)生明顯增大的趨勢。

高頻信號幅值分布見圖9。

圖9 高頻信號幅值分布圖Fig.9 HF signal amplitude distribution diagram

圖9表明，高頻信號幅值不穩(wěn)定，在跟蹤檢測期間，也沒有發(fā)生明顯增大趨勢。

通過短期的跟蹤檢測，發(fā)現(xiàn)該避雷器氣室內(nèi)部的放電信號規(guī)模未見明顯發(fā)展增大，說明該放電缺陷短期內(nèi)不會(huì)影響到GIS避雷器的運(yùn)行，只需安排停電計(jì)劃進(jìn)行解體檢查即可。

3 解體驗(yàn)證情況

為了驗(yàn)證檢測和定位的結(jié)果，并查明該避雷器氣室內(nèi)存在局部放電的原因。在合適的時(shí)間，對該避雷器氣室進(jìn)行了停電更換，并運(yùn)送返廠進(jìn)行了試驗(yàn)和檢查。在解體檢查之前，開展了局放試驗(yàn)。按照標(biāo)準(zhǔn)要求[18]，先逐步升高電壓至額定電壓200 kV，然后降到1.05倍持續(xù)運(yùn)行電壓164 kV時(shí)測量局部放電，此時(shí)測得避雷器的局放量約為330 pC，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的局部放電值10 pC，表明氣室內(nèi)部確實(shí)存在局部放電。

然后對避雷器進(jìn)行了解體檢查，拆除盆式絕緣子、筒體、避雷器電阻片和絕緣墊片等進(jìn)行逐一檢查，外觀檢查未發(fā)現(xiàn)異常。為了排查絕緣件表面粉塵、零部件松動(dòng)等外部原因引起的局部放電這一情況，對每個(gè)部件的表面進(jìn)行了清理擦拭，并重新裝配再次開展局放試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果與解體前局放試驗(yàn)結(jié)果基本一致，避雷器內(nèi)部仍然存在較大的局部放電信號。隨后將電阻片和絕緣墊塊等絕緣件依次進(jìn)行更換后開展試驗(yàn)排查，最終將缺陷鎖定在絕緣墊塊。并立即對絕緣墊塊進(jìn)行了X光探傷，探傷結(jié)果表明，其中一塊絕緣墊塊內(nèi)部有明顯氣泡，絕緣墊塊探傷結(jié)果見圖10。

圖10 缺陷絕緣墊塊探傷結(jié)果Fig.10 Defect detection result of the defective insulation pad

圖10表明，絕緣墊塊內(nèi)部有明顯的氣泡，直徑約為2 mm。由此可見，是絕緣墊塊內(nèi)部氣泡在運(yùn)行電壓的作用下產(chǎn)生了局部放電。該絕緣墊塊的位置與帶電檢測定位的位置基本一致。

4 檢測經(jīng)驗(yàn)

對該避雷器分別采用了特高頻法、高頻法、超聲波法、SF6氣體檢測法以及泄漏電流檢測法進(jìn)行了檢測與跟蹤，僅有特高頻法和高頻法檢測到了異常信號，信號圖譜特征符合絕緣類放電特征。

解體情況表明，放電缺陷位于避雷器氣室內(nèi)部的絕緣墊塊內(nèi)部，是由絕緣墊塊內(nèi)部氣泡引起的。由此說明，對于絕緣件內(nèi)部產(chǎn)生的放電，放電產(chǎn)生的特高頻電磁波信號能沿著GIS氣室向外傳播，通過非金屬屏蔽的盆式絕緣子傳輸?shù)紾IS外部空間，只需在盆式絕緣子表面裝設(shè)特高頻傳感器即可有效的檢測到此類放電信號。而對于此類放電產(chǎn)生的超聲波信號，在穿過絕緣件本身及外面的SF6氣體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大衰減，在GIS殼體表面安裝超聲波傳感器可能無法檢測到。當(dāng)絕緣介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生局部放電時(shí)，局部放電通過絕緣介質(zhì)的等效電容形成電氣通路，并經(jīng)過接地線傳輸?shù)酱蟮兀诒芾灼鹘拥鼐€上安裝高頻電流傳感器可以有效的檢測到此類放電信號，但是高頻法受外界環(huán)境干擾和接地線傳輸過來的信號干擾影響較大，檢測效果并不理想。由于放電是發(fā)生在避雷器氣室內(nèi)的絕緣介質(zhì)內(nèi)部，放電產(chǎn)生的能量無法使絕緣介質(zhì)外部的SF6氣體發(fā)生分解，所以，SF6氣體檢測法無法檢測到局部放電產(chǎn)生的特征氣體。而避雷器泄漏電流測試結(jié)果僅能反映出避雷器內(nèi)部受潮、金屬氧化物閥片劣化等缺陷，對于絕緣件內(nèi)部缺陷引起的放電并不敏感。

5 結(jié)論

對某220 kV變電站內(nèi)一臺GIS避雷器進(jìn)行了特高頻法檢測和定位，并采用了高頻法、超聲波法、SF6氣體檢測法和泄漏電流檢測法進(jìn)行了檢測，結(jié)果表明，僅特高頻和高頻法能檢測到符合絕緣類放電信號，通過解體檢查和試驗(yàn)排查，驗(yàn)證了檢測和定位結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在對GIS設(shè)備進(jìn)行帶電檢測時(shí)，要根據(jù)GIS設(shè)備內(nèi)部器件的特點(diǎn)，采取適用的帶電檢測手段進(jìn)行檢測和綜合分析，判斷放電類型，鎖定放電源位置，判斷放電的嚴(yán)重程度，并給出合理的檢修建議，達(dá)到提質(zhì)增效的目的。