发电厂220kV GIS运行中局部放电缺陷分析及处理

发电厂 220kV GIS运行中局部放电缺陷分析及处理

赵杨

广东电力发展股份有限公司沙角 A电厂 广东东莞 523000

摘要 近年来，随着电力技术发展，发电厂普遍采用GIS设备，暨全封闭气体绝缘组合电气设备，其空间体积小，安全性相对较高，在各发电厂广泛应用。GIS设备在运行过程中定期进行局部放电带电检测，通过局部放电检测判断其是否存在异常，以便进行故障排查处理。本文利用实际案例，对发电厂220kV GIS设备进行局部放电检测，发现设备缺陷，针对缺陷进行分析及有效处理，为设备管理提供一些参考。

关键词：GIS设备；局部放电；带电检测；故障处理；

前言

局部放电检测技术是一种电力设备带电检测的有效手段，可为GIS电器设备在是否正常运行提供可靠参数，通过电量变化与波形分析及时检测出设备内部绝缘状况，发现故障隐患，再针对性进行设备检修及缺陷处理。

1. 局部放电的原理

局部放电是指部分地桥接导体间绝缘的一种气体放电，这种放电可能会出现在导体（电极）周边，也可能发生在绝缘材料的表面或内部。局部放电对于高压电工产品往往难以避免，这是由于绝缘材料和绝缘结构在制造过程中常会含有比固体绝缘容易击穿的小气泡或油膜，在电场的作用下会造成内部放电。

局部放电是一种脉冲放电，它会在电力设备内部和周围空间产生一系列的光、声、电气和机械振动等物理现象和化学变化，这为监测电力设备内部绝缘状态提供了检测信号。虽然局部放电的数量级不大，但它会加剧绝缘老化程度并可能导致绝缘击穿，通过检测局放信号可在早期发现绝缘潜在故障，减少事故发生，为设备状态评价提供数据支撑。

GIS内部局部放电通常分为尖端放电、悬浮放电、自由金属微粒放电、沿面放电和固体绝缘内部气隙放电几种类型。根据GIS局部放电的不同伴生现象，可以采取针对性的检测手段，电磁波：特高频检测；声音信号；超声波检测；气体生成物：气体组分分析；发热；红外测温。实际检测中各种检测手段相互印证，才能最终确诊局放信号。其中特高频局部放电检测，检测灵敏度高、抗干扰能力强，预警时间长，得以大力推广。

2. 局部放电特高频（UNF）测试方法

GIS设备内局部放电具有特高频特性（高至1GHz以上），特高频放电信号穿透性强，能够从盆式绝缘子和GIS外壳的接缝处泄漏到外部。用特高频测量传感器（频段在300MHz 以上）来耦合这一信号，既能避开一般的电磁干扰，又能准确测量 GIS 内部的放电信号。和传统的局放测量方法相比，超高频法有着天然的优势，它的检测频率很高，一般在300～1500MHz之间甚至更高。而对于电力设备运行现场，空间电气干扰频率一般在300MHz以下。因此，采用UHF法可以有效抑制外部的电气干扰和提高信噪比。本检测系统利用UHF传感器，通过在GIS设备的盆式绝缘子处检测GIS腔体内部的局部放电信号。原始的UHF放电信号，可通过示波器分析其波形的时－频特性。UHF信号也可再经过检波（峰值保持）处理后经高频电缆传输至数据采集卡完成数据采样，然后对数据进行统计分析处理，根据放电脉冲的相位分布特征进行模式分类，并判断可能的局部放电故障类型，同时借助放电发展的历史趋势综合评估放电的严重性。检测系统示意图如图1所示。

3. 故障实例

1. 故障问题

某发电厂220kV GIS设备带电局部放电特高频测试中，发现#5主变间隔及甲线间隔存在明显局部放电异常信号且信号幅值较大，主要信号源集中在22616及22056隔离开关盆式绝缘子处，且隔离开关在分闸状态，并能听到GIS内部发出异常声响。同时对2个异常气室进行SF6气体组分分析（如表1所示），明显看出22056间隔已经由SF6分解产出硫化物，印证设备内部的确存在局部放电缺陷。

表1 气体组分含量测试数据

为避免发生设备事故，对220kV GIS设备停电解体检查，确认放电部位为该隔离开关动触头拉杆装置部分的绝缘拉杆与触头连接部位发生放电。绝缘拉杆与触头连接部位的轴销与轴套有大量的黑色粉末。判断连接轴销与轴套产生粉末导致局部放电，原因为以下可能：

1.轴销与轴套配合间隙偏大，金属之间出现间隙，产生悬浮放电，腐蚀了连接部件，导致产生粉末悬浮放电；

2.轴销与轴套处可能存在金属外表面粗糙不平，如若存在细小毛刺，便会造成尖端放电；

3.绝缘拉杆的连接方式设计不合理，销钉材质的硬度达不到要求，多次动作后磨损产生金属粉末放电；

4.轴销与轴套的金属电镀层可能存在质量不符合设计要求，导致在一定工况下，电镀层脱落导致放电。

经过对轴销尺寸测量对比设计图纸公差，粉末进行成分分析，隔开开关进行机械性能试验，对照同类设备其他运行状况等多方面原因后判断为：该轴销的材质为35CrMo，其公差为-0.2至-0.3mm，不符合图纸要求（GB119.1 轴销 公差标准为-0.027至0mm），由于绝缘拉杆与导电触头装置连接部位配合间隙偏大，当隔离开关合闸状态下，一次导体处于接通状态，无振动发生；当隔离开关在分闸状态下，轴销连接部位处于悬浮电位，产生细微振动，轴销与支撑件虚接触，导致局部放电，在长时间局部放电状态下，产生了较多电蚀粉末，部分碳化成0.2-10μm大小的氟化物颗粒。

2. 处理情况

依据GB119.1，对所有采用此类隔离开关的轴销更换为不锈钢材质，公差标准为-0.027至0mm。

缺陷处理完后，对GIS设备进行修后试验：气体密封性试验、SF6气体湿度测量、主回路电阻测量、交流耐压试验、特高频局部放电测试。以检验设备缺陷处理后内部清洁程度、绝缘强度是否满足相关规程的要求。

GIS设备相关试验通过并恢复送电运行后，加强跟踪局部放电监测，1-3个月内，每月实施检测一次，4-12个月内，每2个月检测一次，并汇总整理局部放电监测数据；同时，在下一检修窗口内可任意抽查2个轴销的变化情况。

3. 加强设备现场安装及验收管理

由于GIS设备运行工况的特殊性，在GIS设备进行安装前，必须对照设计图纸进行设备验收，部分隐蔽部件可进行随机抽检。对安装的环境要进行严格控制，确保GIS设备的安装施工现场的温度不能过高或者是过低；环境湿度控制在80%范围内；风速控制在5m/s以下。同时严格参照设备安装说明及相关行业标准，控制关键环节，确保各个连接部件完好。最后由专业人员对设备进行验收，通过相关交接试验及合格性检测，以确保GIS设备安装质量可靠。

4. 结论

此次GIS设备局部放电缺陷是由于隔离开关绝缘拉杆与导电触头连接轴销质量不合格，导致配合间隙公差偏大，长期运行造成了悬浮放电并产生氟化颗粒物，造成GIS设备内部发生局部放电缺陷。通过更换所有质量不合格轴销，并排查其他间隔隔离开关，消除了此次缺陷带来的隐患。

参考文献

1. 杨春娟，李兴旺，吕鸿，等.一起局部放电特高频在线监测系统发现的GIS缺陷分析[J].广东电力，2013（4）：47-50.

2. 田妍，张锐健，董志雯，等. GIS局部放电缺陷定位分析[J].高压电器，2017（6）：182-185.

3. 刘航，熊浩，王海飞，等.局部放电带电检测技术在GIS设备缺陷诊断中的应用[J].重庆电力高等专科学校学报，2019（2）：8-10.

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