GIS设备局部放电缺陷诊断分析

GIS设备局部放电缺陷诊断分析

李亦鸣 张永强 殷鹏鑫

平高集团有限公司 河南省平顶山市 467001

摘要：GIS设备由于占地面积小、运行方便，在国内外越来越受欢迎。但是，特殊结构可能导致长时间停电、维护成本高、电网可靠性提高等，从而严重危害电网的稳定性。据国际会议介绍，GIS设备故障的60%是由局部放电造成的，因此监测GIS系统局部放电对于确保电力系统安全运行以避免孤立故障变得越来越重要。

关键词：GIS设备；局部放电；缺陷诊断

前言

得益于我国电力工业的快速发展，GIS（全绝缘组合电气设备）以其运行稳定、安装方便、体积小、维护周期长等优点在能源系统中得到广泛应用。事实上，第一代GIS设备是在1980年代在电力网络中实施的。随着设备使用时间的不断增加，GIS设备运行故障的频率逐渐增加。虽然旧设备的缺陷在新的GIS设备上仍在改进，但设备在运行过程中出现故障仍然是不可避免的。GIS设备在电网运行过程中常见的故障是绝缘故障。其主要表现是器件局部放电，局部放电会导致SF6气体在密封的金属绝缘装置中分解，从而改变强度分布的电场并产生突然的电场。这种变化是由绝缘材料的腐蚀引起的。可见，不断减少GIS装置故障是改善局部放电技术放电的有效途径。

1GIS设备局放产生的原因

1.1GIS设备局放产生的原因

电流互感器、电压互感器、隔离开关、断路器、避雷器、母线、接地开关和其他设备来构建成GIS设备，GIS设备通常在满SF6气体的密封绝缘金属罐中进行安装。因为GIS金属绝缘管内部有局限性，设计尺寸很小，罐内装置的结构有些紧凑。所以，一旦局部绝缘失效，绝缘整体性就会大幅减弱，部分被释放，后果将是非常严重的。综上来说的话，GIS设备如果出现问题的主要原因有以下三个层面：一是缺陷出在GIS自身上。该缺陷面向GIS设备的制造或安装过程中，由一些重大错误导致的，其中不乏是由于生产不良而导致导体表面不合格，锋利的保险杠会产生这种金属块。这种毛刺在快速应力和瞬态过电压的情况下会变形。另一个原因是内腔产生在绝缘体制造过程中，这种疏散会导致GIS装置内的电气设备腐蚀绝缘层，进而产生局部放电，最终导致绝缘层击穿。二是接触不良故障。例如，浮动部件与静电屏蔽接触不良往往会导致放电，但这些缺陷往往更容易检测。三是器件中松散金属颗粒的缺陷。这种类型的故障很难避免，这是因为金属颗粒是GIS设备中最常见的颗粒。它们可以在生产、组装和移动过程中进行，金属粒子在交变电场作用下会自由运动，放电也是随机的。

1.2超声波检测

采用超声波探伤法对某110kV线路进行局部放电试验，试验数据表明，该110kV线路断路器气室超声波检测合规。

2处理办法

2.1局放异常缺陷进行处理

在气室的压力满足需要之后，维护内部设备的初始情况，缓慢打开断路器室上的封盖，不要着急进入，使用内窥镜查看全部部件，细致的对绝缘部分检查，看是否有气泡、漏电等异常。如果没有异常，继续进入断路器室，把三相关断室和其他附件拆下，避免因为个人因素导致破坏，而影响后续判断。将必要的元器件和配件放在防水面上做进一步检查，再次检查外观，无明显异常，进入下一步。局部放电的出现大部分都与绝缘元件的质量有关，就算丢绝缘失效的检测检查未出现任何问题，也要进行维修三部曲来更换12个绝缘元件，来确定设备的稳定运行。在元件更换成功之后，排空断路器气室气体，让真空程度满足需要。在真空环境下，在标称压力下向断路器和相邻的气室增添SF6气体。各气室及主体恢复正常后，对各气室中的SF6气体进行水气成分检测，检测合格；对主断路器进行机械性能和耐久性测试，测试结果有效；脱机电压测试，脱机外壳暂时断开带压的线路屏蔽和电压互感器，用电压测试进行局部电压放电，测试结果均有效。

2.2异常原因分析及处理

仔细的能耗监测之后我们就可以得出，安装过程中操作失误对于设备发热起到决定性因素。就如气室中的导电杆偏移，是的导电杆和接触指之间的受力发生变化，又因电流分布混乱，接触指压力增大，或压力不足，设备发热的现象就会出现。不规则的电流使得电气不平衡，最终导致震动。发热的原因找到之后对导电条进行抛光打磨，更换静电接触座和保护罩。同时调整出线盒支架与立管的垂直度，使导杆与触点平整固定。部分现场处理情况经处理调试后异常发热现象消失。必须强调的是，在不改变总接触电阻的情况下，局部电阻不会因为导电棒和接触指之间发生不平衡现象而变化，故不能直接显示出接触指和导电棒的一出那个情况，对此，电阻回路测试对于设备发热现象的检测还有不足，那就需要我们在开始的安装过程就要严格把握质量，让各个触电都平均分布。综上，回路电阻测试有不足的地方，这类故障需要采用不同的测试方法进行综合决策。

3电缆局部放电带电检测技术

3.1高频局部放电检测

高频局部放电检测的仁域通常在3～30MHz之间，可通过电感或电容耦合耦合传感器或专门设计的样本耦合。方法检测局部高频频率，根据传感器类型分为电容传感器和电感传感器。感应式传感器中的高频电流传感器非常便携，安装方便，现场保护更好。因此，它最常用的方法是检测电缆体中接地电缆、中性脉和静电脉冲信号。

3.2超声波处理

GIS设备的缺乏可能导致一定的声波，特别是横向波、纵向波和地表面波。除了传输到型腔外墙的波外，还包括使用超声波传感器接收故障引起的振动信号所产生的波形限制，并允许在GIS设备中进行缺陷检测，因为声波和金属振ࣘ可能导致不同的机械频率。超声行为仪的优点在于其结果不受电气因素的影响。但是，缺点是，现场还有许多其它声音源可靠性较差。

3.3外部放电检测（HF）

高频局部放电检测法的基本原理是检测局部放电时产生的高频电磁信号（100-3000mm），以获取局部放电信息并监测局部放电。高频定律基于电磁波传输到GIS的特性。它最大的优点是背景噪音，如b.空气电磁振ࣘ,通常会造成较少的电磁干扰，并可通过超高频带宽利用有效抑制。对于高频通信，电视信号的发送信号，由于其固定的中心频率，可以用窄UHF无线电信号与当地无线电信号区别开来。当传感器在GIS中正确分布时，局部电源也可以通过延迟局部送信号来定位，这些信号在不同的位㖞被检测到。

4综合定位诊断与分析

4.1声电联合图谱

双向高频传感器和а个超声波传感器，其中高频传感器放㖞在隔离开关的左侧骨盆上，高频传感器放㖞在接地开关的下部横梁上，超声波传感器放㖞在隔离开关的底部，显示在识别图（10毫秒）中。众所周知，三相信号较为均匀，在频率周期内ࠪ出现两次，符合高频信号的“双簇”特征，因此被归类为自由放电。

4.2爆炸分析

隔离开关隔离槽法兰螺母中GIS设备的均衡检查发现变速器输ࠪ出轴上存在部分外露的粉末桶。现场爆炸分析后，齿轮输ࠪ轴、齿条凸缘上的凸缘螺母在制造和㻵配过程中ࠪ现故障，导致输ࠪ轴只与键槽单向接触。断开开关多次按下后，接触面磨损会导致接触不足，从而导致变速器的输ࠪ端导致隔板处的齿槽静电放电阈值。

结束语

综上所述，为进一步降低GIS设备局部放电的发生频率，不仅需要生产厂家严格控制设备生产安装质量，而且各级能源网运营商和监测人员都要对GIS设备局部放电现象进行监测，并时刻对其修复。

参考文献：

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