带电局放检测技术在气体绝缘开关柜(C-GIS)中的现场应用

带电局放检测技术在气体绝缘开关柜(C-GIS)中的现场应用

1 引言


C-GIS是GIS技术与开关柜技术相结合的产物,也称作气体绝缘开关柜。C-GIS具有柜式外壳,它是将三相高压元件装在内设间隔的焊接钢板箱体内,箱体内充略高于大气压的SF6气体作为绝缘。C-GIS不受外界条件的限制,可以运行在环境恶劣的场所。目前在12~126kV的电压等级中,国外各大制造公司都有C-GIS的产品。目前12—72.5kV等级中的产品种类较多。

高压供电公司在运的某公司35kV C-GIS充气柜共计99面,该型产品在国外多用在电压等级为12kV、24kV、36kV的中性点直接接地系统,国内则多用于用户站,电压等级多为40.5kV。随着设备服役时间的增长,该型号产品设备的故障次数呈逐步上升趋势。对运行中C-GIS设备的绝缘性能进行带电跟踪检测是进行C-GIS状态检修风险评估的重要手段。局部放电是反映C—GIS设备绝缘性能的重要参数之一,它隐含了C-GIS设备绝缘劣化的征兆和表现形式。目前采用地电波、超高频和超声波局部放电测量技术检测C-GIS设备局放。现场局部放电的检测希望得到以下几个结果:①C-GIS设备内是否有局部放电存在;②局部放电的具体位置;③局部放电的类型;④c-GIS缺陷的严重程度,对运行

安全性的危害程度,及应该采取的措施。 天津市电力公司对开关柜类设备局放的7IEV普查已经开展多年,对有疑似局放现象的C-GIS设备采用超高频法以及超声波法进行局放定位。

实践表明,局放测量技术有效弥补了目前C-GIS设备检测方法的不足,及时发现和避免了C-GIS设备故障的发生,保障了C-GIS设备的安全运行。

2 检测原理及定位技术

2.1 地电波法(TEV)

当高压电气设备发生局部放电时,放电电量先聚集在与放电点相邻的接地金属部分,形成电磁波并向各个方向传播,对于内部放电,放电电量聚集在接地屏蔽的内表面,因此,如果屏蔽层是连续时无法在外部检测到放电信号。但实际上,屏蔽层通常在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位出现破损而导致不连续,这样,高频电磁信号就会传输到设备外层。通过放电产生的电磁波通过金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫传播出去,同时产生一个暂态电压,通过设备的金属箱体外表面而传到地下去。这些电压脉冲是由Dr John Reeves首先发现,并把它命名为Transient Earth Voltage暂态对地电压,简称TEV。TEV在设备内部产生传播如图2所示。


通过研究得出,TEV信号与现场设备的电压等级、不同的测量位置有直接关系。建立对所有不同型号的高压设备的瞬时对地电压(IEV)的数据库,用于通过,IEV信号来判定现场设备的局部放电活动程度。

2.2 超声波法

超声波法其优点是设备使用简便、技术相对成熟、现场应用经验比较丰富,超声波信号抗电磁干扰的能力比较强,此外,通过对各间隔的逐个测量,比较信号的幅值可以定位到缺陷发生的腔体甚至精确到厘米范围内。超声波法通过测量多个不同位置的超声传感器所测得的时延,利用空间几何方法计算出局部放电源的位置,实现绝缘缺陷的准确定位。具有抗电气干扰能力强,定位精确度高的优点。但易受现场周围环境的影响,特别是设备本身如果产生一定的机械振动,会使超声检测产生较大的误差。而且由于超声传感器检测有效范围较小,在局部放电定位时,需对设备进行逐点检测,工作量非常大,现场应用较为不便。


2.3 超高频(UHF)法

在0~3 GHz频段内选择合适的频段进行局部放电的电磁波信号检测。设备运行现场的干扰源主要为变电站母线电晕放电、导体接触不良产生的电弧放电、其他设备内部的放电、无线电波、载波通讯、系统内开关动作等,这些干扰主要集中在300 MHz以下频段,而在300 MHz以上频段的衰减很快,并且很容易被屏蔽。选择超高频段的电磁信号作为检测信号,可以避开常规电气测试方法中难以识别的电力系统干扰,显著提高局部放电检测的信噪比。

UHF法是根据电磁波传播速度和不同传感器接收到同一放电源的信号时间差计算局部放电源的位置,实现绝缘缺陷定位。UHF法的优点是原理简单、运用方便、定位较为准确。由于所测信号的时差在I'18级,不仅需要测量设备具有很高的采样率和频宽,还要求被测信号的起始脉冲清晰,以读取信号的起始时间。由于盆式绝缘子通常是环氧树脂材料,对电磁波信号的衰减较小,因此,UHF定位法得到了广泛应用。

3 联合诊断法

由于三种测试方法的差异及特性,表面放电最成功的检测方法是使用超声波技术,因为表面放电发出的TEV信号要比内部放电的要小很多。此外表面放电所产生的电磁波信号频率也比TEV传感器的检测频率要低,很多情况下,表面放电不会被,IEV传感器检测到,但可以被超声波传感器所检测到。所以测试局放结果一定要综合’IEV、超声波和超高频,测试过程中三者互相配合,可以起到良好的互补效果。

采用联合诊断法可实现C-GIS局部放电在线检测。联合诊断法既具有TEV、UHF法不受设备机械振动等环境影响、定位快速的特性,又具备了超声的抗电气干扰能力强、定位准确的优点。

联合定位法的基本思想是先采用IEV普测,再采用UHF法对C-GIS局部放电进行初步定位分析,确定局部放电的大致范围,最后采用UHF法和超声法联合进行定位分析,实现绝缘缺陷的精确定位。

4现场应用

4.1 检测过程

2011年8月18日,试验人员在对某220kV变电站35kV C—GIS充气柜进行地电波(TEV)检测过程中,发现35kV一45、35kV一44母线各间隔开关柜地电波水平超标,均大于30dB(见表1),且呈现由3031受总向旁边间隔逐渐衰减趋势(如图3)。


8月19日,检修、试验人员到站,通过超声、地电波、超高频等检测方法对放电点进行定位。经过FDC—II超高频局放仪确认,UHF信号幅值由3031向3022侧逐渐衰减,表明3031间隔存在明显放电,且UHF图谱显示出典型的放电特征。如图4所示。


使用UT9000超声检测,显示放电信号来自靠墙侧的刀闸气室绝缘盆附近,尤其C相信号强烈,明显大于A、B相。如图5所示。


打开侧面板,地电波检测值超过60dB。使用超声波定位放电部位见图6。


8月22日35kV一45母线转检修。检修人员打开3031问C相隔母线气室封堵头,发现母线存在明显的放电烧伤痕迹,封堵头内的绝缘罩已击穿,如图7所示。


4.2 故障原因分析

该变电站35kV充气柜(3031)2004年10月投运。从设备结构及放电部位判断,造成放电的原因为:绝缘罩未能紧密固定在封堵头内,安装封堵头过程中,绝缘罩在封堵头内发生移位,导致绝缘罩与母线棒间存在间隙,电场分布不均。随着运行年限增加,绝缘逐渐劣化,最终导致放电。目前,最新产品已对结构进行改进,取消了封堵头(见图8)。


4 结论

图8设备改进后情况

①TEV、超声波法与超高频法可有效检测运行充气柜的局放,弥补了C-GIS设备交接和例行试验的不足。

②采用联合诊断检测法,可以实现精确定位。先进行TEV绝缘缺陷有无判断,再用多路超高频初步定位,最后用多路声电联合定位,能进一步提高局部放电定位的精度,减少缺陷处理时间。

③通过声电联合技术同时检测局部放电信号的UHF信号和超声信号,对两种信号进行对比分析,能更加有效地排除现场干扰,提高局部放电和缺陷类型识别的准确性。

④现场应用情况表明,检测的C-GIS局部放电在线检测技术能有效地发现运行中C-GIS的绝缘缺陷,为实现C-GIS设备的状态检修提供有力的检测手段。




殷震,陈楠,王荣亮

天津市电力公司检修公司(天津300250)

发布于 2018-03-07