GIS交流耐压试验中颗粒放电的检测与分析.pdf
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1、综述GIS 交流耐压试验中颗粒放电的检测与分析郭超魏意恒马锡良蔡川刘鑫周波(国网成都供电公司,6 10 0 0 0,四川成都)【摘要】气体绝缘金属封闭开关设备(GIS在出厂和交接试验中进行的交流耐压试验,是GIS投运前的关键步骤,也是保证设备安全投运的最后一道防线。在交流耐压试验中进行局部放电带电检测,可及时有效地检测出隐藏在设备内部的绝缘薄弱点,提前发现潜伏性缺陷,确保GIS安全入网。针对一起在CIS交流耐压试验中发现的自由颗粒放电案例,分析其在耐压过程中的放电特性,利用幅值分段和拉合刀闸的方法实现了缺陷精准定位。仿真结果表明,自由颗粒的存在会使得GIS内部气室电场发生严重畸变。本案例可为G
2、IS交流耐压试验中的带电检测提供相应的借鉴和指导。关键词高压开关柜试验局部放电超声波检测在出厂和交接试验中,对气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear,G I S)开展交流耐压试验,能够有效发现GIS内部绝缘缺陷,是设备投运前的最关键和最重要的环节。电气装置安装工程电气设备交接试验标准中规定 :“CIS 在交接试验时,应在交流耐压试验中的1.2 U/3的电压下进行局部放电检测。”在交流耐压试验中进行局部放电带电检测,是诊断GIS早期绝缘状况和发现绝缘弱点的重要手段,能够全方位地检验设备的绝缘水平 2 超声波局部放电检测通过捕捉设备内部缺陷时产生的超声波信号,能
3、够有效发现GIS设备内部缺陷 3-4。相比特高频检测手段,超声波局部放电检测抗电磁干扰能力强,对异物或颗粒的存在导致的放电比较敏感,在GIS设备局部放电检测中应用广泛 2 。颗粒放电是指GIS气室内的自由金属颗粒在电场力及重力的作用下上下跳动造成绝缘介质发生沿面闪络的现象 5,严重时会造成设备绝缘击穿,给GIS的可靠运行带来严重隐患 6-7 。针对一起交流耐压试验中GIS内部三工位愛世界(2 0 2 3 -3)刀闸气室的自由颗粒放电缺陷案例,介绍其检测定位方法并解体验证。通过仿真,对缺陷产生的原因和机理进行分析,实现了对异常放电的诊断。1缺陷案例分析2022年1月18 日,某110 kV变电站
4、的110kVGIS进行出厂验收的交流耐压试验。按标准规定 :耐压试验过程中,需在7 6 kV条件下对该GIS进行超声波局部放电检测。当B、C 相耐压时,超声波局部放电检测正常,未见异常放电信号。而在A相耐压时,发现靠近线路侧的三工位刀闸处存在着异常的超声波信号,信号幅值最大处位于罐体底部靠近A相的位置,且幅值不稳定,位置如图1圈处所示。超声波检测图谱如图2 所示。由图2 可以看出,在幅值图谱中,有效值和最大值均较大,最大值达到了17 dB(背景值为-3 dB),没有明显的频率相关性。在波形图谱中,一个周期内能看到多个明显的放电脉冲,最大幅值达到了6 mV(背景值为1mV)。在相位图谱中,放电信
5、号在一个相位周期内均匀分布,没有极性效应。综合上述1125综述不同测试点位下的超声波信号和放电最大幅值如图4所示。可以看出,随着距离的靠近,无论是超声波信号最大幅值还是放电最大幅值,都发生增大,且近似呈现出线性增大的趋势。由此,可以初步确定该超声波信号的最大值位于该气室最底部测点3 位置。2.2拉合刀闸法为了对局部放电源进行进一步的定位,确定局部放电源在三工位刀闸气室的具体位置,通过逐步升压的方法进行复测,并通过拉合刀图1异常放电信号幅值最大处特点,该放电现象符合自由颗粒放电特征 52局部放电源定位2.1幅值定位法为了进一步确定信号的最大值位置,对信号异常气室分别进行幅值分段定位。测试点位布置
6、如图3 所示,以最大幅值点测点3 处(三工位刀闸处)为圆心分别相隔5cm和10 cm画圆,在每一个圆周所在点的外壳上进行测试。闸的方法进行定位,结果如图5所示。在未拉开刀闸时,升压到42 kV,局部放电有起晕现象,一个周期内的放电脉冲也较少。随着加压值的逐渐升高,幅值也逐渐增大,一个周期内的放电脉冲也逐渐增多。拉开刀闸后,放电量迅速下降,放电脉冲也逐渐减少。通过拉开刀闸,使得GIS三工位刀闸处气室电场强度发生改变,放电信号明显减弱。由此可以判定,局部放电信号来源于刀闸线路侧底部靠近A相的位置。20-15-15-15-152015入/10530有效值/dB17最大值/dB频率成分1(50 Hz)
7、/dB频率成分2(10 0 Hz)/dB(a)幅值图谱15301030530一020151050.5(b)波形图谱1.0周期1.52.0021260.51.0时间间隔/ms(c)飞行图谱1.5图2 超声波检测图谱2.0090相位/()(d)相位图谱電世界(2 0 2 3-2)180270360综述测点圆周2测点圆周115cm测点3(a)测试点位实物图22信号最大幅值20放电最大幅值1816146420-5051015202530 35测试距离/cm图4不同测试点位下的超声波信号和放电最大幅值3解体检查为避免设备带病投运,2 0 2 2 年2 月2 5日,检修人员对该缺陷部位进行了停电解体检查,
8、打开刀闸盖板后发现罐体底部存在大量的金属颗粒碎屑,与前期的局部放电诊断定位误差仅为5 cm,如图6(a)、(b)所示。颗粒状物质尺寸极小,直径约为0.3 mm,如图(b)测试点位结构图图3 超声波幅值定位法测试点位图4210+放电幅值9放电脉冲个数8/7起始放电电压654321140图5拉合刀闸过程中局部放电量的变化6(c)所示。此外发现,三工位刀闸的金属导杆与中心轴有偏差,且该GIS在出厂前未进行不少于200次的机械操作试验,从而导致在分合闸过程中反复摩擦产生金属碎屑。金属碎屑受重力影响下降到GIS底部,因A相与气室底部距离较近,故A相存在局部放电异常信号而B、C 相无异常。10864拉开2
9、未拉开刀闸刀闸05060电压值/kV7080(a)自由金属颗粒在GIS罐体的底部電世(2 0 2 3 -3)(b)擦拭出来的自由金属颗粒碎屑图6GIS解体后罐体底部的自由金属颗粒(c)单个最小自由金属颗粒的大小127综述4分析和讨论4.1自由颗粒的受力情况分析当GIS内部存在自由颗粒时,在强电场作用下,除自身重力外,自由颗粒因携带电荷还会受到电场力的作用 8 。在两种主导力的作用下,自由颗粒会在GIS腔体内上下跳动。自由颗粒受到电场力的大小为 9 F=kqE式中:h电镜像力引起的修正系数 10 E一自由颗粒受到的电场强度自由颗粒的带电量;对于球状自由颗粒而言,9 与其直径的平方成正比 1在GI
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