第26卷第6期 2013年6月 广东电力 GUANGDONG EI ECrRIC pOWER fVo1.26 NO.6 Jun.2O13 doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2013.06.016 超声波法在G I S局部放电检测中的应用 边宏宇 , 马迪华 (1.国家电网公司华中电力调度分中心,湖北武汉430077;2 华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室,河 北保定071003) 摘要:气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)是电力系统中重要的电气设备,对其进行局部放电检测 意义重大。为此,通过超声波检测法,从幅值、幅值发散、周期性几个方面判断绝缘缺陷的类型,实现了缺陷 模式识别和故障定位,有效地判断设备的运行状态,保证了系统的安全运行,并节省了大量故障后的检修费用, 提高了系统的用电可靠性。 关键词:气体绝缘组合电器;局部放电;超声波法;检测 中图分类号:TM76 文献标志码:B 文章编号:1007.29OX(2013)06—0076—03 Application of Ultrasonic Method in GIS Partial Discharge Detection BIAN Hongyu ,MA Dihua2 (1.Central China Electric Power Dispatching Branch Center,SGCC,Wuhan,Hubei 430077,China;2.Hebei Provincial Key Laboratory of Power Transmission Equipment Security Denfense,North China Electric Power University,Baoding, Hebei 071003,China) Abstract:Gas insulated switchgear is one of important electrical equipments in power system and it is significant to proceed partial discharge detection for GIS.Therefore,this paper introduces ultrasonic method for judging types of insulation defects in aspects of amplitude,amplitude divergence and periodicity which may realize defect mode recognition and fault positio— ning and effectively judge operational state of the equipment,ensure safe operation of the system and save mass maintenance expense after fault. Key words:gas insulated switchgear;partial discharge;ultrasonic method;detection 气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear, GIS)在电力系统中占有重要地位,因其具有体积 小、占地面积少、不受外界环境影响、检修周期长 等优点,已经广泛用于高压输变电系统中_1I4]。但 是从运行情况来看,事故和障碍仍然不可避免。诊 断出GIS设备的隐藏性问题和发展性问题,尽早 判断GIS设备的状态,将隐患消除在故障之前, 是目前研究的热点E5-8]。 放电项目的研究,研究表明,通过超声波检测法能 有效地判断设备的运行状态,对系统的安全运行提 供了保证,节省了大量故障后检修费用,提高了系 统的用电可靠性。 1超声波检测原理 超声测量法是依据声辐射(acoustic.emission) 原理,当GIS中由于绝缘缺陷造成局部放电时, 根据华中地区部分GIS设备运行情况调研和 诊断测试手段调研,开展了GIS超声波检测局部 局部放电产生的能量使其周围SF6气体的温度骤然 升高,从而形成局部过热,所产生的扰动以压力波 的形式传播,当这种波到达SF6与金属外壳的交界 面时,只有一部分透过金属外壳继续传播,大部分 发生反射或折射。如果把超声传感器紧贴在GIS 收稿日期:2013.04.08 基金项目:国家高技术研究发展863计划项目资助(2011AA05A121) 第6期 边宏宇,等:超声波法在GIS局部放电检测中的应用 金属壳体的外部,可接收到超声波信号l_9 。 对GIS进行超声波检测时,选择传感器的准 确位置是很重要的。检测的基本原则是所有独立的 气室至少必须有一个测量点,这是因为绝缘子和法 能存在内部颗粒引起的局部放电现象,110 kV副母 线变压器可能存在内部缺陷,正在加强监测中;其 余局部放电测试均合格无异常。 常规试验时发现关山变电站1号线QF4543异 常(断路器与母线连接排发热):在对关山变电站1 兰使声信号明显衰减。在每两个法兰之间要有一个 测量点,距离超过2 m的也必须增加测量点。 GIS超声波检测最有用的位置如下: a)隔离开关。在隔离开关中,触点可能产生 号线QF4543进行局部放电测量时,当放置外置传 感器在外部壳体时发现外部壳体发热。在1号线 QF4543气室与母线管连接处明显发热。随后进行的 受一 一 金属颗粒,其他运动部件也可能产生颗粒。 b)接地开关。与隔离开关类似。 c)断路器。运动部件可能产生颗粒。 d)水平安装的隔离绝缘子/绝缘子。垂直的隔 离开关和壳体具有水平安装的绝缘子,颗粒可能残 留在这些绝缘子上并产生局部放电。 根据这个分析判断,现场一般采用GIS超声 波检测法的流程如图1所示。 三{— 里 垂竺堕厂 ! 坚 ④ 圜 图1超声波局部放电检测流程 连续测量模式用来检测和识别G!S中的局部 放电和颗粒。识别局部放电时也可能需要用到脉冲 测量方式。 2现场测试及数据分析 2012年下半年,对华中地区所辖的6个GIS 站进行了全站GIS局部放电检测。其中东宝变电 站断路器QF4543间隔外壳连接线检测出松动引起 的异常,经处理后故障排除;蔡甸变电站220 kV 母线变压器V相怀疑存在屏蔽松动引起的局部放 电现象,正在加强监测中;关山变电站220 kV GIS 局部放电检测全部合格,但1 10 kV 741号避雷器可 局部放电测量,得到相关数据如图2、图3所示。 图2背景图 图3测试图 为了准确分析QF4543的测量结果,我们对照 参考资料进行异常分析。 图2、图3的连续图中,4条水平柱状图由上 至下依次为:一个工频周期中的有效值信号;一个 工频周期中的峰值信号;用工频周期的调制程度 (本机设置为50 Hz相关性);用二倍工频周期的调 至程度(本机设置为100 Hz相关性)。 连续图图2为背景图,反映了测试环境的背景 噪声情况。其中有效峰值和周期峰值幅值均不大, 频率1和频率2几乎没有信号,数据统计见表1。 图3为实际测量的QF4543气室的连续图。从 图3观察发现,有效值、峰值幅值均较高,幅值发 散稳定。而频率1基本没有变化,频率2有巨大的 增幅。由此初步判断异常情况可能是屏蔽松动或电 晕引起的。 广东电力 第26卷 进一步测试,经过1 000点扫描得到飞行图 (如图4所示)、相位图(如图5所示)。 表1缺陷诊断参考程序 缺陷 观察 跳动颗粒 电晕 屏蔽 绝缘子 幅值 震 √ 、J 幅值发散 衰 50 Hz 、J 周期性 100Hz 、J 无 峰值系数 √ √ 不一定 1 √ √ 不一定 脉冲信号 莩 、』 \} 、J 注:“√”表示该项目出现情况。 > 吕 图4飞行图 薹 图5相位图 从图4的颗粒跳动记录情况,纵坐标为颗粒跳 动声音信号的幅值,横坐标为飞行时间(颗粒每次 在壳体上碰撞之间的时间问隔)。其中,声音信号 的幅值是判断颗粒长度和危险性的重要量度,而飞 行时间是颗粒能移动到距离高场强区域多远的量 度。不难看出颗粒跳动声音幅值并不高,仅为 1.5~3 mV左右,并且飞行时间较小。 如图5所示,相位图与颗粒图基本相似,不同 之处在于横坐标用相位代替飞行时问。相位图主要 反映的是相关的放电或碰撞发生在工频周期的哪个 位置。相位图主要用于局部放电和电晕,用来判断 是否和工频周期存在关系。 通过观察,发现相位图类似松动的电屏蔽相位 图。再根据图3连续图中频率1仅为0.01,而频 率2却有接近0.3的数值,即100 Hz相关性大于 50 Hz相关性,由此基本判断引起此设备局部放电 异常的原因极有可能为松动的电屏蔽。为此,得 结论:QF4543发热、局部放电测试异常的原因为 其气室于母线连接处连接排松动。 最后为了再次确定异常发生的部位是在中心导 体还是在外壳上,使用AIA.1型检测仪在同一相 不同部位进行测量,发现幅值有变化,说明信号来 源不是在中心导体,而是在外壳上。进一步对周围 的其他间隔的断路器气室、避雷器气室进行了对比 测量,均没有发现异常,并且无明显温差。由此我 们确定QF4543母线连接排处存在异常情况,怀疑 为连接牌松动引起振动发热。第二天由检修班专人 进行处理,在紧固后,发热情况消失,复测各项数 值测试结果良好,与其他间隔对比无异常。 3结论 采用超声波检测法原理对华中电网下属部分 GIS进行现场局部放电测试,通过对这些数据进行 分析,主要取得了如下结论: a)超声波检测法对GIS局部放电引起的绝缘 故障较为敏感; b)通过超声波检测法,从幅值、幅值发散、 周期性和相关系数可以判断缺陷类型,这对于现场 检修人员的工作具有较好的指导意义。 参考文献: [1]王昌长,李福祺,高胜友.电力设备的在线监测与故障诊断 EM2.北京:清华大学出版社,2006:100—201. 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