一起220 kV GIS 电压互感器超声波局放检测异常分析

涂家栋

（国网江西省电力有限公司武宁县供电分公司，江西 九江 332300）

0 引言

随着我国国民经济迅速发展，电能的需求量越来越大，电力系统电压等级也不断升高，从而电能质量的可靠性需要不断加强。在这种现状下，SF6气体绝缘金属全封闭开关（简称GIS）因其占地面积小、运行可靠性高、维护工作量少、检修周期长及环境适应能力强等优点，近年来被广泛应用，成为电网重要设备之一[1-2]。随着GIS设备投入数量的增加，其故障率也越来越高，造成停电时间长、经济损失大等不良影响，甚至威胁电网的安全稳定运行。早期电力系统对GIS故障的关注度主要集中在其放电性故障领域，而忽略了在GIS的实际运行中，机械性故障也是导致设备事故发生的一大主要原因，GIS的异常振动对设备具有很大危害，长期振动可能使螺栓松动，造成气体泄漏、内部异物放电等，引发绝缘事故[3-4]。

文中对一起220 kV GIS 电压互感器在例行带电检测过程中发现的超声波局放检测异常情况进行分析，通过返厂试验检测及解体检查，判断故障原因为装配工艺不良造成螺栓紧固不到位导致的气室内部机械振动，并提出针对性的防范措施与建议，为GIS厂内装配工艺质量管控水平提升、现场带电检测异常信号分析提供经验。

1 事件概况

2022 年7 月16 日，对某站220 kV GIS 进行特高频及超声波局放检测时发现220 kV IIA 母电压互感器A相气室存在超声波异常信号，信号幅值较背景幅值偏大，疑似机械振动。7月30日对该电压互感器气室再次进行特高频及超声波局放检测，发现仍存在同类型超声波异常信号，信号幅值最大点位于气室底部（如图1 所示），达到240 mV，100 Hz 频率相关性较强，信号特征图如图2 所示，且信号幅值图符合机械振动典型图谱特征；该气室未发现特高频异常信号。结合现场测试结果及电压互感器结构原理，初步判断该气室内部可能存在螺栓松动或铁芯励磁特性异常。联系厂家对220 kV IIA 母电压互感器A 相气室进行更换处理并将其返厂待进一步解体分析。

图1 异常设备现场图

图2 超声波信号最强点处幅值图

该异常设备为江苏思源赫兹互感器有限公司生产，设备型号为JDQXFH-220，生产日期为2019 年7月，投运日期为2019年10月。

2 异常设备返厂处理情况

将220 kV IIA 母电压互感器A 相气室更换后，为进一步分析设备异常原因，2022 年9 月16 日，于江苏思源赫兹互感器公司试验大厅对异常设备开展试验检测及解体检查分析工作。

2.1 异常设备解体前测试情况

2.1.1 异常设备超声波局放检测

模拟设备现场安装方式及运行情况，将设备接入试验工装，一次侧加压，二次侧带额定负载，在80%、100%、120%额定运行电压下，分别对设备底部进行超声波局放检测。检测结果如表1所示。

表1 80%、100%、120%额定运行电压下超声波测试结果

测试点分布如图3所示。

图3 异常设备超声波局放测试点

2.1.2 异常设备脉冲电流法局部放电检测

对异常设备进行脉冲电流法局放测试，施加预加电压460 kV，后下降至368 kV，局放测试结果为3.3 pC，满足GIS设备局放要求。

综上所述，该电压互感器气室内部存在异常超声波信号，但无放电信号，判断该气室内部存在机械振动。

2.2 异常设备现场解体情况

为进一步确定设备异常原因，对设备进行气体回收、解体检查（见图4）。

图4 异常设备结构图

观察壳体与底座固定螺栓紧固线无偏移，螺栓无松动；将设备壳体拆卸，观察铁芯与底座的固定螺栓、铁芯穿芯螺杆固定螺栓紧固线均无偏移，所有螺栓均无松动；线圈、屏蔽件固定可靠无松动，引线固定无外露；铁芯叠片平整，无明显错位和缝隙。

按照螺栓装配时的标准力矩，对所有螺栓进行复紧：使用力矩扳手对铁芯与底座连接的4 个螺栓加120 N·m 力矩值复紧，其中铁芯与底座一处固定螺栓（对应图4中三号底座螺栓）的螺栓紧固线出现约5 mm偏移（如图5 所示），其余3 个部位的螺栓紧固线无偏移；使用力矩扳手对铁芯穿芯螺杆紧固部位的螺栓加35 N·m力矩值复紧，其中最上方存在1处穿芯螺杆螺栓紧固线出现较大偏移（对应图4 中的1 号穿芯螺杆螺栓），旋转将近90°（如图5 所示），其余部位的螺栓紧固线均无偏移现象。

图5 铁芯与底座固定螺栓、铁芯穿芯螺杆螺栓紧固不到位

2.3 设备重新装配后复测情况

将两处螺栓重新复紧，将设备重新装配，并进行抽真空、充气处理；加120%额定运行电压后进行超声波复测；测得超声波信号幅值正常，最大时幅值为0.8 mV，检测结果如表2所示。

表2 异常设备超声波局放复测结果

2.4 设备励磁特性试验

为进一步判断铁芯励磁是否存在问题，对该异常设备进行励磁特性测试，检测结果如表3和图6所示，与设备出厂数据对比（如图7 所示），无明显偏差，排除设备铁芯励磁特性异常情况。

表3 异常设备（解体重装后）励磁特性数据

图6 异常设备（解体重装后）励磁特性曲线

图7 异常设备（出厂试验）励磁特性数据

对异常设备进行解体检查，设备内部所有螺栓均未发现松动、标记线移位情况。使用力矩扳手按标准力矩值进行复紧，发现铁芯与底座的一处固定螺栓和铁芯一处穿心螺杆固定螺栓力矩值不满足螺栓装配的力矩值要求，发生位移。对两处问题螺栓紧固后复检，振动信号消失，且复紧后铁芯励磁特性试验数据与出厂时数据相比并无明显差异。由此可知，此次电压互感器气室超声波信号异常情况是由于气室内部螺栓紧固不到位导致的。

3 原因分析

结合返厂检查及试验结果，分析该次电压互感器A 相异常振动的原因为：装配过程中厂家技术人员未按照规范的操作流程及要求安装螺栓，底座固定螺栓和铁芯穿心螺杆紧固力矩不满足要求，铁芯和夹件间因紧力不足产生间隙，设备运行时，在电磁力作用下出现机械振动情况，超声波测试仪检测出异常信号。

4 结语

该次GIS电压互感器超声波局放异常事件暴露出厂家对设备的装配环节管控不到位，技术人员未按操作要求紧固标准件，且在装配后未开展关键工艺复查，未及时发现螺栓夹紧力不足的问题；验证了出厂试验中，常规的脉冲电流法局部放电试验与超声波局部放电检测相比，无法有效检出该类型机械振动缺陷，导致问题设备入网。针对该次异常事件提出如下防范措施与建议：

1）厂家应完善设备安装阶段的质量控制，加强安装人员培训，对关键工艺除制定工艺管控卡等过程管理措施外，还应在安装完成后，设置复检环节，重点加强对螺栓力矩的检查。

2）GIS设备出厂试验宜增加超声波检测要求，对存在异常振动信号的电压互感器等关键气室，应确认振动原因并处理，杜绝问题设备出厂。