试析GIS交流耐压试验中放电点定位方法

试析GIS交流耐压试验中放电点定位方法

马延钊陆晓勇

（河南平芝高压开关有限公司河南平顶山467000）

摘要：气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）是由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等元件组成的，是电力系统的重要设备。由于目前GIS交接试验耐压过程中会经常出现局部放电甚至闪络击穿的情况，一般采用人耳去听的办法来确定是哪一个间隔发生击穿，有时GIS设备母线非常长，且出线间隔较多，所以难以准确确定放电点位置。

关键词：GIS交流耐压试验；放电点；定位方法

一、GIS放电点快速定位方法分析

1.1GIS交流耐压试验放电点的定位方法

GIS交流耐压试验为破坏性试验，应尽量减少加压次数，避免对GIS设备进行重复加压。对于母线气室长度较长，且设备间隔较多的GIS，现场进行耐压试验时，一旦发生击穿放电，击穿点发出的声音会在母线管状气室内快速传播并多次反射，使现场技术人员很难判断故障点的位置，极易对放电点位置产生误判。同时SF6气体击穿时，电压变化的幅值很大，GIS外壳的电位会上升到几千伏以上，从而使得GIS外壳通过相对薄弱的接地点对地放电并产生火花，放电火花的位置可能与放电位置没有直接关联，更加会危及附近工作人员的安全。

针对GIS设备气室内部放电故障点不易定位的难题，文中通过某330kV变电站内110kVGIS交流耐压为例，通过分母线加压、分段加压等排除法尽可能确认放电区域，然后通过压电薄膜传感器定位法对放电点进行精确定位。

1.2压电薄膜传感器定位分析

GIS的每一个间隔，用不通气的盆式绝缘子（气隔绝缘子）划分为若干个独立的SF6气室，即气隔单元。各独立气室在电路上彼此相通，而在气路上则相互隔离。气隔单元一般是由金属导电杆、铝合金圆柱桶、环氧绝缘子及SF6气体构成。

当GIS内部发生放电时，声波与结构双向耦合，声压信号作为激励源垂直作用在GIS壳体、盆式绝缘子的内表面及导电金属杆的外表面引起结构的振动，同时振动又会对内声场产生反作用，其相互作用的效果引起铝合金金属圆柱桶在气体中的振动。因此，采用压电薄膜传感器可以通过测量铝合金金属圆柱体的振动大小，从而检测到GIS内部发生的放电。

采用压电薄膜制作多个独立传感器布置在GIS不同的气室，通过比较各个传感器在击穿时接收信号的大小，就能快速准确地找到放电位置，具有体积小、功耗低、便于使用和信号显示灵敏的特点。但由于传感器数量有限，对于间隔太多的设备，传感器安装布置存在较大困难，所以必须通过分段排除法尽可能确定故障区域，当故障范围大致确定后再结合压电薄膜传感器实现放电点精确定位。

二、GIS设备放电点的实例定位分析

2.1试验现场及试验设备概况

2015年10月，在对某新建330kV变电站110kVGIS进行现场交流耐压试验时发生了绝缘击穿，由于GIS设备间隔较多、母线较长，难以精确定位放电点。现场试验人员通过分段加压和压电薄膜传感器定位相结合的方法，最终确定了放电点在Ⅲ、Ⅳ母线母联间隔中的电流互感器侧的连接气室内。11月底，耐压试验人员、施工单位和设备制造商在现场对母联间隔进行了解体检查，发现Ⅲ、Ⅳ母线母联间隔的电流互感器侧的连接气室有明显的放电痕迹，与试验结果判断完全一致。

该330kV变电站110kVGIS设备采用双母线分段接线方式，两条母线和所有出线间隔均采用三相共筒式结构，主变间隔2回，出线间隔17回，母联间隔2回，分段间隔2回，共23个间隔，母线总长达50m，如图1所示。

根据国家电网生【2011】1223号文件的规定，110kVGIS现场交接试验耐压值为出厂值的100%，现场110kVGIS设备出厂耐压试验电压为230kV，故现场耐压值为230kV，老练试验为72.7kV（5min）、126kV（3min）和230kV（1min）。

2.2故障点定位分析

耐压试验过程：现场选用沙坪一间隔作为加压部位对GIS设备进行整体耐压，进行A相对B、C相及地耐压和C相对A、B相及地耐压时顺利通过，试验结果合格，而进行B相对A、C相及地交流耐压试验时，GIS内部发生放电击穿，为寻找故障点，进行了多次试验，具体试验情况见表1。

前三次发生击穿时，放电电压不断提高，根据声音不能判断是否为同一位置（有可能为毛刺放电）。进行第四次耐压时，击穿电压降低，初步判断GIS内部固体绝缘件发生击穿放电。为找出放电位置，采用分段加压法对缺陷进行排除，工作人员根据声音判断，放电点可能发生在Ⅲ、Ⅳ母线及其进出线间隔上，故而先进行Ⅰ、Ⅱ母线及其所有进出线间隔、母联间隔和分段断路器进行耐压。交流耐压试验通过，排除了Ⅰ、Ⅱ母线及其所有进出线间隔存在放电故障的可能性，第一次分段加压如图2所示。

排除了Ⅰ、Ⅱ母线及其所有进出线间隔后进行Ⅲ、Ⅳ母线及其进出线间隔耐压，现场选用伏龙二间隔作为加压部位进行耐压，第二次分段加压如图3所示。

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第六次耐压时击穿，确定放电点在Ⅲ、Ⅳ母线及其所有进出线、母联间隔，根据现场工作人员判断，放电点在开关二间隔、母联间隔、备用三间隔、备用四间隔及其附近母线处，为进一步排除故障位置，第七次只对Ⅲ、Ⅳ母线加压，断开全部进出线间隔，试验通过，排除了Ⅲ、Ⅳ母线存在放电点的可能。

第八次加压的同时使用压电薄膜传感器固定于各个怀疑间隔，即开关二间隔、母联间隔、备用三间隔、备用四间隔，断开其它间隔，当电压击穿时，发现母联间隔上的压电薄膜传感器数据较大，其他传感器没有明显变化，从而大致确定放电位置在母联间隔。

第九次加压再次发生击穿，确定了放电点位于母联间隔，并且通过压电薄膜传感器精确确定了放电点位于电流互感器侧的连接气室中。

现场将设备解体后，发现了放电点就在现场所定位的电流互感器侧的连接气室，具体位置为B相导杆和外壳间的绝缘件表面发生了沿面闪络，通过对发生闪络的绝缘子进行认真观察发现，绝缘子放电处有磕碰痕迹，表面不光滑，导致磕碰处场强过大，最终在绝缘子表面发生了沿面闪络放电。后续处理情况：现场进行解体后，维修人员将有磕碰痕迹的绝缘子和有放电击穿痕迹的导杆进行了现场更换，并且将该气室内与故障相关部件进行了认真的处理，处理后的设备完成现场安装后，于2015年12月底再次进行了现场交流耐压试验，并且顺利通过。

结语

①交流耐压试验可以将GIS放电故障点锁定在一定区域范围，如果故障点在某主变间隔、出线间隔、母联间隔上，则可以通过多次耐压而进行更加精确的定位；如果故障点在母线上，则很难查找准确放电位置，所以要通过其他方法进行辅助定位。②压电薄膜传感器可以对放电点进行精确定位，但对间隔太多的GIS设备进行定位时，每次耐压试验之前需将定位器的探头安装到每一个相关气室，需要大量传感器故难以实现，而对于比较小的区域，通过比较各个传感器在击穿或闪络时检测的信号大小，可以准确地找到放电位置，大大减少检修时间。③通过现场试验结果可以看出，现场查找GIS设备内部放电故障时，应使用交流耐压和人耳监听相结合的方式尽可能缩小故障点范围，待故障范围足够小时，通过压电薄膜传感器检测放电信号，最终实现故障点精确定位。

参考文献：

[1]王思华.全封闭组合电器结构分析及其存在的问题[J].电气开关，2009.

[2]汤铭华.GIS组合电器典型故障分析及改进[D].广州：华南理工大学，2013.

作者简介：

马延钊（1983.01.04），性别：男；籍贯：河南；民族：汉；学历：本科、学士；职称：助理工程师；职务：试验员；研究方向：高电压试验

陆晓勇（1980.02.02），性别：男；籍贯：河南；民族：汉；学历：本科、学士；职称：助理工程师；职务：试验负责；研究方向：高电压试验技术；