GIS设备金属颗粒放电的带电检测方法

郑莹莹 ，吕俊涛 ，周大洲 ，黄 锐 ，任敬国

（1.山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013；2.国网山东省电力公司，山东 济南 250001；3.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003）

0 引言

气体绝缘封闭组合电器（Gas Insulated Switchgear，GIS）具有占地面积小、可靠性高和模块化设计安装方便等特点，因此被广泛地应用到变电站开关设备中[1-3]。模块化和紧凑型设计导致GIS设备内部缺陷处理复杂，检修周期较长。因此，需要研究和提高GIS设备的带电检测和异常诊断技术，提高GIS设备检修效率[4-6]。

以某220 kV母线电压互感器间隔的金属颗粒放电为例，提出一种用于变电站内GIS设备金属颗粒放电的带电检测方法，利用超声波局放检测的图谱分析、幅值法定位和频率法定位，结合特高频局放检测、SF6气体湿度和成分分析，实现GIS设备内部颗粒放电的异常诊断。

1 典型气室缺陷情况

对某变电站220 kV GIS超声波局部放电检测时，在电压互感器A相隔离开关气室检测到明显超声波异常信号，信号位于罐体底部且幅值不稳定，跳跃明显，飞行模式具有典型自由颗粒特征。特高频局部放电检测发现A相内部存在微弱的放电信号。SF6气体成分分析结果未见明显异常。分析认为电压互感器A相隔离开关气室超声波异常信号是由隔离开关气室底部的自由颗粒引起的。

2 超声波局放检测

2.1 超声波初步检测

对变电站220 kV GIS超声波局部放电检测时，在电压互感器A相隔离开关气室检测到明显超声波异常信号，信号幅值不稳定，跳跃明显。超声波局部放电测试位置如图1所示。

对比9个测点的异常信号，发现测点4和测点5的A相存在异常信号，其他测点均无异常。测点5的A相最大信号峰值为30 mV，测点4的A相最大信号峰值为15 mV，均有一定的50 Hz和100 Hz相关性，但不明显。因此，初步判断A相隔离开关气室存在异常信号。

图1 超声波局部放电测试位置

2.2 超声波图谱分析

将超声波传感器放于测点5位置的罐体底部，检测到的局部放电测试图谱如图2所示。连续模式下，A相信号峰值约为31.2 mV，空气背景峰值和B相信号峰值均不大于0.9 mV，50 Hz相关性和100 Hz相关性不明显。飞行模式下，A相图谱存在明显的图形特征，呈驼峰状分布，B相图谱与背景图谱无明显差异，具有典型的自由颗粒信号特征。相位模式下，A相图谱具有一定的相位特征，B相图谱与背景图谱无明显差异。

图2 超声波局部放电测试图谱

2.3 局部放电源的定位

1）幅值法定位。采用幅值比较法对异常信号进行定位，将传感器在A相隔离开关气室表面进行横向和纵向移动，确定信号最大点位于罐体底部，信号区域集中于中下部，上部无信号。由此初步判断，信号位于罐体底部外壳内。

2）频率法定位。分别设置超声波局放测试仪AIA-2的截止频率为 10 kHz～100 kHz和 10 kHz～50 kHz，观察信号幅值变化情况，发现改变频率后，信号幅值有明显的降低，因此，可判断异常信号来自内部壳体上。两次测试的飞行图谱如图3所示。

3 GIS特高频局放检测

对异常信号所在母线段的电压互感器隔离开关气室进行特高频局部放电检测，检测部位为隔离开关气室两侧的盆式绝缘子，特高频PRPD和PRPS图谱见图4。特高频局放放电检测时，空气背景中存在较大的放电信号，通过多功能局部放电定位系统G1500进行定位，确定该放电信号为干扰信号。

图3 超声波局部放电测试飞行图谱

通过对比检测发现，A相两侧绝缘盆均可检测到放电信号，无任何周期性规律，B，C相两侧绝缘盆未发现任何放电信号。因此，可以确认A相内部存在较小幅值的放电信号。

图4 特高频局部放电测试图谱

4 SF6气体湿度和成分分析

采用SF6气体分解物检测仪对电压互感器A相隔离开关气室进行SF6成分分析和微水检测，结果如表1所示。测试结果无异常。

表1 SF6气体湿度及成分表 μL/L

5 综合诊断

超声波局部放电测试，在电压互感器A相隔离开关气室检测到明显超声波异常信号，信号幅值不稳定，跳跃明显，飞行图谱呈明显的驼峰状，具有典型自由颗粒特征。信号定位位于A相隔离开关气室底部，符合自由颗粒特征。测试人员对该信号进行复测，复测结果表明该超声波异常信号一直存在。由此综合分析，确定罐体底部存在自由颗粒，查阅该设备结构示意图，如图5所示，该部位为隔离开关断口下方，判断可能是隔离开关分合过程中产生金属颗粒掉落在罐体底部。通常情况下，颗粒产生的放电信号较弱，故特高频局部放电检测发现较小的放电信号，SF6气体成分分析结果未见异常。

该自由颗粒位于母线上隔离开关气室的底部，并处于持续跳跃状态。若该颗粒跳跃至绝缘件表面，会引发绝缘表面闪络击穿，导致220 kV母线停电，引发电网停电事故。因此，建议尽快安排停电处理，停电前应加强带电检测，缩短带电检测周期，密切关注信号变化趋势。

图5 放电位置示意

6 结语

以某220 kV母线电压互感器间隔的金属颗粒放电信号为例，提出一种用于变电站内GIS设备金属颗粒放电的带电检测方法，利用超声波局放检测的图谱分析、幅值法定位和频率法定位，结合特高频局放检测、SF6气体湿度和成分分析，实现GIS设备内部颗粒放电的精确定位和状态评估，为GIS设备内部金属颗粒放电提供了一种有效的综合检测手段。通过案例分析可知，超声波法对内部自由颗粒具有较高的灵敏性，现场对断路器、隔离开关断口等容易产生金属颗粒的部分应加强检测。