一起GIS交流耐压时超声检测自由颗粒缺陷的分析
柴毅1，胡建军2
(1.国网宁夏电力公司检修公司，守夏银川 750000
2.国网银川供电公司，宁夏银川 750000)
[摘要]在对GIS设备进行交流耐压同时进行超声波局放检测，可有效解决交流耐压对微小缺陷不敏感的问题。通过对在进行GIS交流耐压时利用超声波局放技术检测自由颗粒案例的分析，发现三相共箱式GIS相别间耐压顺序的选择对试验工作量及缺陷检出效率存在影响，提出根据母线布置结构优先进行靠近罐体底部对应相导体的交流耐压试验及超声波局放测试的解决措施，并在现场实践中证明：所提措施更有利于发现GIS设备罐体底部自由颗粒缺陷。
关键词 GIS设备 交流耐压 超声波局部放电 自有颗粒缺陷
中图分类号TM8551
0引言.
气体绝缘金属封闭开关设备( GIS，Gas InsulatedSwitchgear)具有体积小、占地面积少、易于安装、受外界环境影响小等特点，适合在66～1000 kV电力系统中运行。近年来GIS装用量越来越大，截止到2015年底，63~1000 kV组合电器在运量超过60 000间隔，年平均增长率超过13%。特别是在1 000 kV电网中，占比达100%。
交流耐压试验是考验被视品绝缘承受各种过电压能力的有效方法，可真实有效地发现绝缘缺陷，，对保障设备安全稳定运行具有重要意义。《关于加强气体绝缘金属封闭开关设备全过程管理重点措施》中规定： “交接试验时，应在交流耐压试验的同时进行局放检测。”局部放电是GIS设备绝缘劣化的先兆和表现形式，是绝缘进一步劣化的原因。超声波局放测试是诊断GIS早期绝缘状况和发现局部放电的重要手段，与交流耐压试验同时进行，能实现检验设备状态的有效互补。
1缺陷案例
2015年11月，某330 kV变电站126 kV GIS设备检修后进行交流耐压试验，并在交流耐压的同时进行超声波局放检测。该GIS三相交流耐压试验顺利通过，按标准D1规定耐压试验通过后在73 kV条件下对该GIS设备进行超声波局放检测，在A相进行耐压时超声波局放检测发现IV母121间隔处母线存在异常超声波信号，如图1、图2所示j 。
图1为超声波局放检测幅值图谱，图2为超声波局放检测飞行图谱。图1表示超声波局放峰值、有效值均较大，并存在频率成分分量;图2横轴表示时间间隔，即超声波局放检测飞行时间间隔大于20 ms，并且幅值约为7.5 mV。综合判断该部位存在自由颗粒放电缺陷，原因可能为GIS母线在现场进行重新组装、对接等过程时被二次污染，或现场装配时灰尘、异物未彻底清理干净。在B、C相进行交流耐压时超声波局放检测正常，121间隔处母线未见异常自由颗粒放电信号。进一步对该缺陷部位进行解体检查发现罐体底部存在大小约2 mm X2 mm的类似导电胶的胶状颗粒，期图3所示。从解体检查结果可以看出，交流耐压试验时进行超声波局部放电检测可以有效发现设备内部缺陷，提高发现设备缺陷成功率。
2案例分析
F~13 GIS设备解体检查内部异物
以上案例中，A相耐压试验时超声波局放检测出异常信号，B、C相耐压试验时超声局放检测正常。由此可以看出，三相共箱式GIS交流耐压时，三相耐压顺序的选择对发现罐体内部缺陷的工作效率有影响。因此，本文结合三相共箱式GIS设备母线布置结构，进行了电场仿真。仿真结果表明选择不同相别耐压时，罐体底部电场强度不同.该GIS母线内部三相导体布置型式如图4所示，从下至上导杆分别为A相、B相、C相，罐体内径为492mm，导杆直径为90 mm，导杆离中心位置距离为115mm。在73 kV条件下对三相导体分别施加电压(其他相接地)进行电场仿真，仿真结果如图5-图7所示。
由图4-图7仿真分析结果可以看出，母线导体采用斜三角布置，A相导体位于最下部、B相位于中部、C相位于上部，A相施加73 kV电压条件下罐体底部电场强度为5.15 kV/cm，B、C相运行电压下罐体底部电场强度为0.073 kV/cm及0.012 kV/cm。
当被测GIS设备内部存在自由颗粒缺陷时，在高压电场作用下，自由颗粒因携带电荷会受到电动力作用;当受到的库仑力大于颗粒自身重力时，小球会从腔体内壁浮起，并在其表面上跳动，超声波局放检测到自由颗粒在GIS壳体内部放电及碰撞壳体的综合作用结果。又由于颗粒受到库仑力的大小为：
式中：k为电镜像力引起的修正系数;电场强度为E。若微粒处于悬浮状态时无放电发生，则认为微粒所带电荷量为前一次与电极碰撞时获得的电荷量q。结合仿真分析，当先进行B、C相耐压时罐体底部异物在电场强度接近零，库仑力作用下颗粒无法发生跳跃现象，超声波局放未检测出异常信号，而进行A相交流耐压时，罐体底部最大电场强度达5.15 kV/cm，受库套力作用超声局放可有效检测出自由颗粒缺陷。“由以上分析可知，三相共箱式GIS相别间耐压顺序的选择对试验工作量及缺陷检出效率存在影响且会增加GIS重复耐压的频次。
3解决措施。
由以生案例分析可以看出，不同布置型的 GIS母线结构，进行交流耐压试验时内部电场强度分布不同。因此，本文提出进行GIS设备交流耐压时，防止异物导致放电的技术措施。
(1)对于母线三相共箱式GIS设备，应根据母线布置结构优先进行靠近罐体底部对应响应相导体的交流耐压试验及超声波局放测试;
(2)单相耐压测试完后，三相短接再次施加运行电压的同时进行超声波局放检测，由此可避免因母线道题布置结构的原因造成交流耐压时罐体底部异物处在低电场强度中，而超声波检测不到局部放电缺陷的现象。
这样能更快捷、有效地发现罐体底部颗粒放电信号，避免先对其他相别进行试验时无法发现罐体底部颗粒缺陷，而造成后续IS设备重复耐压的问题。
4应用效果
2015年12月，对某检修后126kVGIS设备进行交流耐压试验，该GIS设备母线布置结构如图所示。
为防止内部异物放电，按照本文解决措施在交流耐压同时进行超声波局放检测，并且首先进行B相交流耐压，在交流耐压时进行超声波局放检测发现GIS设备IV母罐体底部超声局放异常，连续图谱显示信号峰值接近20 mV，飞行时间大于50 ms，存在自由颗粒放电特征，判断设备内部存在自由颗粒放电现象。解体检查发现内部存在漆皮及胶状颗粒及金属碎屑颗粒，具体如图9所示。按照解决措施方法进行试验，仅进行一相交流耐压试验时，超声波局放检测就高效发现设备内部存在异物放电现象，不仅提高了缺陷检出效率，减少了工作量，更避免了重复耐压积累效应对设备的影响。
5结论
(1) GIS设备交流耐压同时进行超声波局放检测，可有效补充交流耐压设备对异物等部分微小缺陷不敏感特征，为设备投运前质量把关提供帮助;
(2)分析发现不同母线布置型式的三相共箱式GIS设备，三相耐压顺序的选择对试验工作量及缺陷检出效率不尽相同，同时会增加GIS重复耐压的频次;
(3)根据母线布置结构优先进行靠近罐体底部对应相导体的交流耐压试验及超声波局放测试，更有利于发现GIS设备罐体底部自由颗粒缺陷。
参考文献
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