SF6组分检测和U H F局放测试在G IS状态维修中的应用

王立凯，邹高市，许江盼，杨旭，侯小冬

（中广核核电运营有限公司，广东阳江 529500）

1 引言

状态检修是指根据先进的监测和诊断技术为运维人员提供设备状态信息，帮助判断和预知设备故障，即根据设备的健康状态来合理安排检修计划，实施设备检修。采用高灵敏六氟化硫综合分析仪可对GIS（气体绝缘全封闭组合电器Gas Insulated Switch）气室中绝缘气体的成分进行定量分析和趋势预测，通过高灵敏UHF(超高频Ultra High Frequency)局放仪监测GIS内部局放信号反映绝缘介质性能[1]。两种检测手段是通过对特征气体的微量分析和大量局放信号图谱对比统计，达到发现GIS设备早期缺陷的目的，从而实现对GIS设备早期预防、合理计划，避免缺陷扩大造成GIS设备非预期停运检修。

2 六氟化硫气体组分分析

GIS设备是采用吸附电子能力和灭弧能力较强的SF6气体做绝缘介质，环氧树脂绝缘盆作支撑，将导电体绝缘并固定在金属外壳内部。正常运行时，所有气室内部温度均不高于80℃，绝缘材料不会分解。对于断路器气室，在分、合闸操作时会产生2000℃以上的高温电弧，瞬间使电弧区域的SF6气体生成带电离子和少量分解物，但因其分、合闸速度极快，又有高效的灭弧功能，产生的带电离子在瞬间又复合成SF6气体，所产生少量的SO2、H2S和HF等分解产物会被放置于设备内部的吸附剂吸收,因此，对于正常运行的断路器，在操作后检测时，气室中的SO2含量一般都不大于1.0μl/L，这在对某电厂百余台500kV断路器的检测中得到证实。但若断路器内部存在局部放电、重燃或严重过热性故障时，将使故障区域的固体绝缘材料和SF6气体发生分解。

根据资料分析，SF6电气设备内部故障时会产生多种分解物，主要的硫化物有 SO2、H2S、SF4、SO2F2、SOF2、S2F10和 S2OF10；氟化物有 HF、CF4、AlF3、CuF2和 WF6;碳化物有 CO、CO2和低分子烃。这些分解物将会使SF6气体纯度降低，影响SF6绝缘性能。

3 某电站气体组分的状态监测实例

采用SF6综合测试仪，我们对电站管辖设备的气室进行了长期监测，表1是500kV开关站部分设备状态监测数据对比结果，我们发现断路器和电压互感器（PT）气室中CO含量偏高，而且呈逐年微增的趋势。由于CO主要来源于绝缘材料的老化释放，断路器和PT气室中含有大量的绝缘材料，且这些设备在操作或运行时内部温度相对较高，这些因素使得其CO的含量相对其他气室偏高。正常运行期间各气室内部无放电现象，在SF6气体组分长期监测中未检到SO2、H2S、HF气体。（图1）

表1 某核电厂500kV开关站2014年12月GIS组分监测（部分）

图1 PT和断路器气室中CO含量(ppm)

4 局放在线监测

局部放电主要指发生在电极之间并未贯穿和击穿的放电现象，主要是由于设备内部存在弱点或长期运行造成的缺陷，在高强度场强的作用下发生重复击穿和熄灭的现象。主要表现为气体的击穿、小范围内固体或液体介质的局部放电或金属表面的边缘及尖角部位的场强集中引起的击穿现象。这种放电量很小，短时不会影响电气设备的绝缘强度。

局部放电现象既是GIS绝缘劣化的征兆和表现形式，又是绝缘进一步恶化的原因。由于高压设备绝缘击穿的后果较为严重，而对GIS进行局部放电检测能够有效地发现其内部早期的绝缘缺陷，以便采取处理措施，避免缺陷扩大，提高GIS的可靠性。局放试验还可以弥补耐压试验的不足，通过局部放电在线监测能发现GIS制造和安装的“清洁度"，能发现制造和安装过程中的绝缘缺陷和异物。

4.1 UHF(特高频)法测局放

该方法是通过检测GIS内部放电产生的特高频信号来发现缺陷。一般选定的频率范围是300～1000MHz，由于测量频率较高，因此结果不受电晕干扰的影响，具有较好的信噪比。通常采用宽带数字存储示波器测量从相邻耦合器信号到达的时间间隔，从而实现对缺陷的定位。UHF信号最好是由GIS内部耦合器获取，也可以采用放置在外部窗口上或绝缘子上的耦合器获取。

实际使用经验证明，该方法能够有效发现设备内部绝缘缺陷。然而，在数据的解释分析和绝缘故障模式识别实际应用中，我们不仅关注能否从局部放电信号中诊断出GIS综合绝缘状况，还希望能从中获取更为详细的信息，例如绝缘劣化原因、故障类型、严重程度以及故障点位置等信息。如何从检测到的局放信号中判断局部放电类型以及GIS的绝缘状况是在线监测技术的难点之一。

4.2 局方测试降噪手段

现场使用的DMS第三代局放仪本身具有高灵敏度低噪音的特点，且内置环境降噪功能，可以通过环境噪音探头叠加减去测量结果中的环境噪音，使测量结果更为准确。在现场具体使用期间还需注意以下几点：①尽量选择晚上测量和停运行车、电焊机、手机等设备，防止干扰。②测量过程中需要将探头密贴GIS绝缘盆且尽量减小空隙，注意探头外壳不能碰到GIS外壳，以免GIS感应电流流入仪器，造成较大干扰。③在进行外置CT绝缘盆测量时请关注CT内侧避免绝缘隔离块。以免密贴时探头外壳使绝缘块隔离电流作用失效，甚至引起差动保护动作。

5 某核电厂局部放电检测实例

自2010年开始，电站运维人员按照南网反措要求对管辖范围内的GIS设备包括500kV、220kV两个电压等级，开展年度在线局放监测。在对近200个绝缘盆长达四年的带电运行局放测量中积累了大量经验，其中比较有代表性的是2013年6月400kV开关站032GS气室局放检测结果异常事件。

2013年6 月，在对气室组分监测中发现400KV开关站032GS气室中H2S含量相对异常（0.3ppm），其他气室未检出，随后及时上报并对该气室进行长期跟踪；在线局放GIS状态监测中发现该气室有大小约0.3mV（参照量）的微小局放信号。分析决定在计划的停电检修窗口下进行解体内部检查，最终发现内部绝缘盆壁存在疑似微小放电粉末（如下图2），保守决策后采用新备件对绝缘盆进行整体更换并充新SF6气。送电后三个月的持续监测中未发现异常放电信号，气体组分监测中也未检出特殊气体成分，设备正常运行至今。

6 结语

通过资料及本电厂实测数据分析，气体组分检测能够直观分析气室内SF6气体纯度、露点温度等参数。GIS在线局部放电测试能够有效反映绝缘介质缺陷，作为一种设备运行状态监测的新方法，由于该技术尚属于新技术，还有诸多问题尚未解决，如干扰抑制及干扰识别等，局放图谱的多样化也使得相应标准的制定存在一定困难，但在线局放测试有助于提前发现GIS设备缺陷，大幅减小设备故障所带来的损失，不失为一种好方法，值得运维人员实践和推广。

图2 PT气室局放处理