近年來氣體絕緣金屬封閉開關(guān)（gas insulated switchgear, GIS）設(shè)備以其占地面積小、可靠性高、受外界影響小等特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。但在GIS的生產(chǎn)制造、安裝、運(yùn)行等過程中，仍不可避免地出現(xiàn)各類缺陷，加之其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、內(nèi)部部件肉眼不可見，因此很難及時、準(zhǔn)確地掌握其運(yùn)行狀態(tài)。

隨著電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修模式的推廣，帶電檢測技術(shù)在設(shè)備的狀態(tài)評價中發(fā)揮了越來越重要的作用，超聲波法、特高頻法局放檢測技術(shù)、SF6氣體分解產(chǎn)物檢測技術(shù)及X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)以各自不同的技術(shù)優(yōu)勢，為GIS缺陷的診斷分析及絕緣狀態(tài)的評價提供了重要依據(jù)。

本文介紹了某550kV GIS因內(nèi)部部件松動導(dǎo)致的多起缺陷的檢測分析過程，綜合利用超聲波法、特高頻法及X射線數(shù)字成像檢測等帶電檢測技術(shù)確認(rèn)了缺陷類型并進(jìn)行了缺陷定位，最終解體分析確認(rèn)了異常原因。

1 GIS內(nèi)部缺陷的帶電檢測方法

1）特高頻法

當(dāng)GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時將伴隨產(chǎn)生聲、光、熱等物理、化學(xué)變化，同時激發(fā)產(chǎn)生高達(dá)數(shù)GHz的電磁波信號，信號在GIS氣室內(nèi)部沿著腔體傳播，當(dāng)遇到盆式絕緣子等非金屬材料時將傳播至外部空間，通過內(nèi)置或外置的特高頻傳感器即可對放電信號進(jìn)行檢測，再通過后臺主機(jī)實(shí)現(xiàn)局部放電的診斷分析。

特高頻法局部放電檢測技術(shù)具有靈敏度高、有效檢測范圍廣的特點(diǎn)，對GIS內(nèi)部因懸浮電位、金屬表面毛刺、絕緣內(nèi)部氣隙等導(dǎo)致的局部放電較為敏感，但對氣室內(nèi)部純機(jī)械振動類缺陷檢測不敏感。

2）超聲波法

當(dāng)GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電或出現(xiàn)部件異常松動時，將產(chǎn)生超聲波信號，信號穿透絕緣介質(zhì)及設(shè)備外殼傳到外部，將特定頻帶的超聲波傳感器貼在GIS外殼上即可接收產(chǎn)生的異常信號，進(jìn)而通過檢測主機(jī)對異常進(jìn)行診斷分析。

超聲波法局部放電檢測技術(shù)，不受外部空間的電磁波信號干擾，且其測點(diǎn)選取不受設(shè)備結(jié)構(gòu)限制，對GIS內(nèi)部機(jī)械振動、自由顆粒缺陷及因懸浮電位、金屬表面毛刺等導(dǎo)致的局部放電較為敏感。

3）X射線數(shù)字成像法

X射線在穿透物質(zhì)時會存在吸收、散射情況，因吸收、散射能力不同，射線穿透物質(zhì)后強(qiáng)度不同，若被透照物體局部厚度存在差異，則該區(qū)域透過的射線強(qiáng)度與周圍就會產(chǎn)生差異，感光片上就會反映出該差異，進(jìn)而檢出所測部位有無異常。

X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)了GIS內(nèi)部部件的“可視化”，可對缺陷類型及位置進(jìn)一步確認(rèn)，為異常的分析確認(rèn)及檢修策略的制定提供有力支撐。

2 檢測案例

自2015年以來對某ZF8A-550型GIS開展帶電檢測時，在其斷路器氣室陸續(xù)檢測發(fā)現(xiàn)多起明顯的信號異常情況，其中氣室底部左側(cè)或右側(cè)粒子捕捉器部位信號最大，設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 550kV GIS斷路器結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 案例1

2015年5月對某特高壓站內(nèi)550kV GIS開展帶電檢測，發(fā)現(xiàn)5032斷路器C相存在明顯的異常超聲波信號，其中靠近50321隔離開關(guān)一側(cè)信號幅值較大且峰值抖動明顯，隨后在罐體不同部位進(jìn)行了多點(diǎn)測量以確認(rèn)信號最大部位，測點(diǎn)情況如圖2所示。

圖2 測點(diǎn)布置情況

檢測結(jié)果見表1。

表1 各測點(diǎn)檢測結(jié)果

4個測點(diǎn)信號峰值均大于背景峰值，存在50Hz及100Hz相關(guān)性，其中粒子捕捉器正下方的測點(diǎn)1信號峰值最大，超過250mV，如圖3所示。

圖3 測點(diǎn)1超聲波信號圖譜

由圖3可知，測點(diǎn)1信號有效值及峰值較大，100Hz相關(guān)性較50Hz相關(guān)性強(qiáng)，且相位圖譜存在多簇“豎條狀”脈沖集中現(xiàn)象，與典型的異常振動信號圖譜相似，開展特高頻局放檢測未見異常。

后期進(jìn)一步跟蹤檢測分析發(fā)現(xiàn)異常信號存在一定間歇性，且信號幅值時大時小，最大達(dá)500mV。由于異常信號幅值較大，結(jié)合停電檢修對該氣室進(jìn)行了解體檢查，打開斷路器靠近50311隔離開關(guān)一側(cè)的蓋板，發(fā)現(xiàn)異常信號所在區(qū)域粒子捕捉器一顆緊固螺栓松動，分別如圖4和圖5所示。

圖4 粒子捕捉器示意圖

圖5 緊固螺栓松動情況

2.2 案例2

2017年5月對某特高壓站內(nèi)550kV GIS開展帶電檢測，發(fā)現(xiàn)5033斷路器B相存在明顯的超聲波異常信號，其中靠近50331隔離開關(guān)一側(cè)信號幅值較大，采用幅值法定位發(fā)現(xiàn)信號最大點(diǎn)處在本側(cè)粒子捕捉器底部位置，最大峰值達(dá)1000mV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于背景峰值，如圖6所示。

圖6 超聲波信號圖譜（案例2）

為進(jìn)一步分析，在5033斷路器B相左右兩側(cè)電流互感器上方的盆式絕緣子處開展了特高頻局放檢測，如圖7所示。

圖7 傳感器布置示意圖

圖7中CH1、CH2代表檢測通道1、通道2，兩通道均檢測到異常信號，其中通道2信號幅值較通道1大，如圖8所示。

圖8 特高頻信號圖譜

異常信號在一個周期內(nèi)有明顯的兩簇脈沖集中現(xiàn)象，幅值基本一致且較大，達(dá)◆10dBm，PRPS圖譜呈現(xiàn)明顯的“內(nèi)、外八字”分布特征，與典型的懸浮電位放電特征一致。采用時差法定位發(fā)現(xiàn)局放源處在50331隔離開關(guān)正下方部位，與超聲波法定位結(jié)果基本一致。進(jìn)一步跟蹤檢測發(fā)現(xiàn)信號存在一定的間歇性，異常時有時無，無周期性。

結(jié)合停電檢修解體檢查發(fā)現(xiàn)異常部位三顆粒子捕捉器緊固螺栓完全脫落，捕捉器已偏移，如圖9所示。

圖9 緊固螺栓脫落情況

2.3 案例3

2018年11月對某特高壓站內(nèi)550kV GIS開展帶電檢測，發(fā)現(xiàn)5011斷路器C相存在明顯的超聲波異常信號，其中最大點(diǎn)處在50111隔離開關(guān)一側(cè)粒子捕捉器正下方，如圖10所示。

圖10 設(shè)備現(xiàn)場實(shí)物圖

檢測發(fā)現(xiàn)信號有效值、峰值不穩(wěn)定，抖動較為明顯，最大部位信號圖譜如圖11所示。

圖11 超聲波信號圖譜（案例3）

相位圖譜與典型的振動及懸浮電位放電圖譜均有差異，將儀器檢測頻段起始范圍由10kHz上調(diào)為50kHz，再次在相同部位測量，發(fā)現(xiàn)信號峰值有明顯降低，因此判斷信號在低頻段有較多分布；進(jìn)一步開展特高頻局放檢測，未見異常；對異常部位開展X射線檢測發(fā)現(xiàn)粒子捕捉器一顆緊固螺栓已明顯松動，如圖12所示。

圖12 X射線檢測結(jié)果

3 原因分析

文中3起案例所涉及的設(shè)備廠家、型號相同，投運(yùn)日期相同。解體檢查或X射線檢測均發(fā)現(xiàn)存在粒子捕捉器緊固螺栓松動或脫落情況，所采用的墊片均為普通金屬平墊片，對脫落部位的螺孔檢查亦未發(fā)現(xiàn)防松膠痕跡或其他防松措施。

分析認(rèn)為粒子捕捉器螺栓未采取有效的防松動措施，在設(shè)備長期運(yùn)行中逐漸松動，產(chǎn)生異常振動，導(dǎo)致超聲波信號異常；隨著運(yùn)行年限的增長，螺栓松動加劇，最終出現(xiàn)案例2所述的螺栓完全脫落情況，脫落的金屬部件在電磁場作用下形成懸浮電位，產(chǎn)生間歇性懸浮放電。

結(jié)論

基于超聲波法的帶電檢測技術(shù)，對GIS內(nèi)部異常振動具有較好的檢出效果。針對GIS內(nèi)部不同的缺陷類型，各種帶電檢測技術(shù)具有其各自獨(dú)特的檢測優(yōu)勢，應(yīng)綜合采用多種技術(shù)手段同時結(jié)合設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對異常進(jìn)行綜合診斷分析，以提高診斷分析的準(zhǔn)確性。