一起GIS交流耐壓時超聲檢測自由顆粒缺陷的分析

2018-09-12 16:41:20 《電工技術》　點擊量：評論 (0)

通過對在進行GIS交流耐壓時利用超聲波局放技術檢測自由顆粒案例的分析，發現三相共箱式GIS相別間耐壓順序的選擇對試驗工作量及缺陷檢出效率存在影響，提出根據母線布置結構優先進行靠近罐體底部對應相導體的交流耐壓試驗及超聲波局放測試的解決措施。

一起GIS交流耐壓時超聲檢測自由顆粒缺陷的分析

柴毅1，胡建軍2

(1.國網寧夏電力公司檢修公司，守夏銀川 750000

2.國網銀川供電公司，寧夏銀川 750000)

[摘要]在對GIS設備進行交流耐壓同時進行超聲波局放檢測，可有效解決交流耐壓對微小缺陷不敏感的問題。通過對在進行GIS交流耐壓時利用超聲波局放技術檢測自由顆粒案例的分析，發現三相共箱式GIS相別間耐壓順序的選擇對試驗工作量及缺陷檢出效率存在影響，提出根據母線布置結構優先進行靠近罐體底部對應相導體的交流耐壓試驗及超聲波局放測試的解決措施，并在現場實踐中證明：所提措施更有利于發現GIS設備罐體底部自由顆粒缺陷。

關鍵詞 GIS設備交流耐壓超聲波局部放電自有顆粒缺陷

中圖分類號TM8551

0引言.

氣體絕緣金屬封閉開關設備( GIS，Gas InsulatedSwitchgear)具有體積小、占地面積少、易于安裝、受外界環境影響小等特點，適合在66～1000 kV電力系統中運行。近年來GIS裝用量越來越大，截止到2015年底，63~1000 kV組合電器在運量超過60 000間隔，年平均增長率超過13%。特別是在1 000 kV電網中，占比達100%。

交流耐壓試驗是考驗被視品絕緣承受各種過電壓能力的有效方法，可真實有效地發現絕緣缺陷，，對保障設備安全穩定運行具有重要意義。《關于加強氣體絕緣金屬封閉開關設備全過程管理重點措施》中規定： “交接試驗時，應在交流耐壓試驗的同時進行局放檢測。”局部放電是GIS設備絕緣劣化的先兆和表現形式，是絕緣進一步劣化的原因。超聲波局放測試是診斷GIS早期絕緣狀況和發現局部放電的重要手段，與交流耐壓試驗同時進行，能實現檢驗設備狀態的有效互補。

1缺陷案例

2015年11月，某330 kV變電站126 kV GIS設備檢修后進行交流耐壓試驗，并在交流耐壓的同時進行超聲波局放檢測。該GIS三相交流耐壓試驗順利通過，按標準D1規定耐壓試驗通過后在73 kV條件下對該GIS設備進行超聲波局放檢測，在A相進行耐壓時超聲波局放檢測發現IV母121間隔處母線存在異常超聲波信號，如圖1、圖2所示j 。

圖1為超聲波局放檢測幅值圖譜，圖2為超聲波局放檢測飛行圖譜。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橫軸表示時間間隔，即超聲波局放檢測飛行時間間隔大于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母線在現場進行重新組裝、對接等過程時被二次污染，或現場裝配時灰塵、異物未徹底清理干凈。在B、C相進行交流耐壓時超聲波局放檢測正常，121間隔處母線未見異常自由顆粒放電信號。進一步對該缺陷部位進行解體檢查發現罐體底部存在大小約2 mm X2 mm的類似導電膠的膠狀顆粒，期圖3所示。從解體檢查結果可以看出，交流耐壓試驗時進行超聲波局部放電檢測可以有效發現設備內部缺陷，提高發現設備缺陷成功率。

2案例分析

F~13 GIS設備解體檢查內部異物

以上案例中，A相耐壓試驗時超聲波局放檢測出異常信號，B、C相耐壓試驗時超聲局放檢測正常。由此可以看出，三相共箱式GIS交流耐壓時，三相耐壓順序的選擇對發現罐體內部缺陷的工作效率有影響。因此，本文結合三相共箱式GIS設備母線布置結構，進行了電場仿真。仿真結果表明選擇不同相別耐壓時，罐體底部電場強度不同.該GIS母線內部三相導體布置型式如圖4所示，從下至上導桿分別為A相、B相、C相，罐體內徑為492mm，導桿直徑為90 mm，導桿離中心位置距離為115mm。在73 kV條件下對三相導體分別施加電壓(其他相接地)進行電場仿真，仿真結果如圖5-圖7所示。

由圖4-圖7仿真分析結果可以看出，母線導體采用斜三角布置，A相導體位于最下部、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強度為5.15 kV/cm，B、C相運行電壓下罐體底部電場強度為0.073 kV/cm及0.012 kV/cm。

當被測GIS設備內部存在自由顆粒缺陷時，在高壓電場作用下，自由顆粒因攜帶電荷會受到電動力作用;當受到的庫侖力大于顆粒自身重力時，小球會從腔體內壁浮起，并在其表面上跳動，超聲波局放檢測到自由顆粒在GIS殼體內部放電及碰撞殼體的綜合作用結果。又由于顆粒受到庫侖力的大小為：

式中：k為電鏡像力引起的修正系數;電場強度為E。若微粒處于懸浮狀態時無放電發生，則認為微粒所帶電荷量為前一次與電極碰撞時獲得的電荷量q。結合仿真分析，當先進行B、C相耐壓時罐體底部異物在電場強度接近零，庫侖力作用下顆粒無法發生跳躍現象，超聲波局放未檢測出異常信號，而進行A相交流耐壓時，罐體底部最大電場強度達5.15 kV/cm，受庫套力作用超聲局放可有效檢測出自由顆粒缺陷。“由以上分析可知，三相共箱式GIS相別間耐壓順序的選擇對試驗工作量及缺陷檢出效率存在影響且會增加GIS重復耐壓的頻次。

3解決措施。

由以生案例分析可以看出，不同布置型的 GIS母線結構，進行交流耐壓試驗時內部電場強度分布不同。因此，本文提出進行GIS設備交流耐壓時，防止異物導致放電的技術措施。

(1)對于母線三相共箱式GIS設備，應根據母線布置結構優先進行靠近罐體底部對應響應相導體的交流耐壓試驗及超聲波局放測試;

(2)單相耐壓測試完后，三相短接再次施加運行電壓的同時進行超聲波局放檢測，由此可避免因母線道題布置結構的原因造成交流耐壓時罐體底部異物處在低電場強度中，而超聲波檢測不到局部放電缺陷的現象。

這樣能更快捷、有效地發現罐體底部顆粒放電信號，避免先對其他相別進行試驗時無法發現罐體底部顆粒缺陷，而造成后續IS設備重復耐壓的問題。

4應用效果

2015年12月，對某檢修后126kVGIS設備進行交流耐壓試驗，該GIS設備母線布置結構如圖所示。

為防止內部異物放電，按照本文解決措施在交流耐壓同時進行超聲波局放檢測，并且首先進行B相交流耐壓，在交流耐壓時進行超聲波局放檢測發現GIS設備IV母罐體底部超聲局放異常，連續圖譜顯示信號峰值接近20 mV，飛行時間大于50 ms，存在自由顆粒放電特征，判斷設備內部存在自由顆粒放電現象。解體檢查發現內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行試驗，僅進行一相交流耐壓試驗時，超聲波局放檢測就高效發現設備內部存在異物放電現象，不僅提高了缺陷檢出效率，減少了工作量，更避免了重復耐壓積累效應對設備的影響。