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  • 頭條550kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)內(nèi)部部件松動的帶電檢測分析
    2021-01-29 作者:宋東波 黃潔 等  |  來源:《電氣技術(shù)》  |  點擊率:
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    導(dǎo)語國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)安徽省電力有限公司培訓(xùn)中心的研究人員宋東波、黃潔、楊為、秦少瑞、張國寶,在2019年第11期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出,帶電檢測可及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在的缺陷隱患,是設(shè)備運行狀態(tài)評價的重要手段之一。 本文介紹了幾起550kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)內(nèi)部部件松動缺陷的檢測分析過程,結(jié)合超聲波法、特高頻法局部放電檢測技術(shù)、X射線成像檢測技術(shù)對缺陷進行了診斷定位,最終解體檢查確定氣室內(nèi)部粒子捕捉器緊固螺栓松動、脫落是導(dǎo)致異常的根本原因。

    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,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、準確地掌握其運行狀態(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)確認了缺陷類型并進行了缺陷定位,最終解體分析確認了異常原因。

    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行檢測,再通過后臺主機實現(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,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,進而通過檢測主機對異常進行診斷分析。

    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,且其測點選取不受設(shè)備結(jié)構(gòu)限制,對GIS內(nèi)部機械振動、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)域透過的射線強度與周圍就會產(chǎn)生差異,感光片上就會反映出該差異,進而檢出所測部位有無異常。

    X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)實現(xiàn)了GIS內(nèi)部部件的“可視化”,可對缺陷類型及位置進一步確認,為異常的分析確認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。

    550kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)內(nèi)部部件松動的帶電檢測分析

    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行了多點測量以確認信號最大部位,測點情況如圖2所示。

    550kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)內(nèi)部部件松動的帶電檢測分析

    圖2 測點布置情況

    檢測結(jié)果見表1。

    550kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)內(nèi)部部件松動的帶電檢測分析

    表1 各測點檢測結(jié)果

    4個測點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1信號峰值最大,超過250mV,如圖3所示。

    550kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)內(nèi)部部件松動的帶電檢測分析

    圖3 測點1超聲波信號圖譜

    由圖3可知,測點1信號有效值及峰值較大,100Hz相關(guān)性較50Hz相關(guān)性強,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500mV。由于異常信號幅值較大,結(jié)合停電檢修對該氣室進行了解體檢查,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。

    550kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)內(nèi)部部件松動的帶電檢測分析

    圖4 粒子捕捉器示意圖

    550kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)內(nèi)部部件松動的帶電檢測分析

    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)信號最大點處在本側(cè)粒子捕捉器底部位置,最大峰值達1000mV,遠遠大于背景峰值,如圖6所示。

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    圖6 超聲波信號圖譜(案例2)

    為進一步分析,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。

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    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。

    550kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)內(nèi)部部件松動的帶電檢測分析

    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◆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。

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    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,其中最大點處在50111隔離開關(guān)一側(cè)粒子捕捉器正下方,如圖10所示。

    550kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)內(nèi)部部件松動的帶電檢測分析

    圖10 設(shè)備現(xiàn)場實物圖

    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。

    550kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)內(nèi)部部件松動的帶電檢測分析

    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。

    550kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)內(nèi)部部件松動的帶電檢測分析

    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),對異常進行綜合診斷分析,以提高診斷分析的準確性。

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