《超声波局放测试仪延长杆在GIS 耐压局放试验中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超声波局放测试仪延长杆在GIS 耐压局放试验中的应用.docx（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、超声波局放测试仪延长杆在GIS 耐压局放试验中的应用深圳供电局有限公司 广东深圳 518001 /1/view-12300553.htm摘要：文中介绍了超声波局放测试仪延长杆的结构及原理，同时，阐述局放脉冲在理论分析上可以用单指数振荡衰减模型（SEAOW）和双指数振荡衰减模型（DEAOW）来进行模拟；并且阐述了利用该超声波局放测试仪延长杆定位出500 kV GIS交流耐压局放试验中放电击穿位置的过程，从而验证了超声波局放测试仪延长杆在耐压局放过程中寻找放电点是行之有效的，为及早地发现GIS设备绝缘缺陷提供了有效检测方法和依据。关键词：超声波；延长杆；GIS；耐压；局放；定位引言城市电网的迅速发
2、展要求更加可靠的气体绝缘金属封闭开关设备（GIS1）。由于GIS在运输过程中容易受到机械振动和撞击，可能导致GIS元件或内部紧固件出现松动和相对位移的现象。在GIS安装过程中容易出现联结、密封失误、安装错位的情况，导致绝缘事故的发生。因此必须要求GIS在投运之前进行严格的现场耐压试验。与此同时，上述情况往往会导致GIS的放电击穿，而大部分的放电击穿现象均能够在故障前通过现场局部放电2（以下简称局放）的方式发现，因此现场局放试验也越来越受到重视。就在2013年，通过耐压局放的方式，成功发现某变电站GIS在耐压过程中存在多处放电现象，并成功定位出，探索出了一条有效的耐压局放定位之路。1 原理1.1
3、 超声波法当发生局部放电时，将会产生一个电荷的中和过程，相应的会有一个较陡的电流脉冲，电流脉冲的作用使得局部放电发生的局部区域瞬间受热而膨胀，形成一个类似“爆炸”的效果，放电结束后原来因为受热而膨胀的局部区域恢复到原来的体积。这种由于局部放电产生的一胀一缩的体积变化引起了介质的疏密瞬间变化，形成超声波，从局部放电点以球面波的方式向四周传播，并在金属外壳上出现各种声波，如纵波、横波和表面波等。因此可以将超声波传感器安装在电力设备金属外壳上检测局部放电产生声信号的方法称为超声波（Ultrasonic）检测法3-6。1.2超声波局放测试仪延长杆超声波局放测试仪延长杆7-8是用于对设备进行带电局放试验
4、或是耐压过程中进行超声波局放监测与定位9，同时为了适应现场情况，方便现场试验人员操作，超声波局放测试仪延长杆由探棒及电木构成，具体结构如图1：图1 超声波局放测试仪延长杆结构示意图超声波局放测试仪延长杆有以下优点：（1）使用由玻璃纤维材料制成的探棒1与超声波传感器相连，在保证了信号传输有效性的同时延长了超声波局放测试的可测距离。（2）采用由绝缘复合材料制成的探棒2作为超声波带电局部放电测试仪传感器延长杆的一部分，在延长了超声波局放测试的可测距离的同时保证了与电气设备的安全距离。1.3 模拟试验（1）理论分析。工程上经传感器检测到的一般都是震荡衰减信号，这种局放脉冲在理论分析上可以用如下的单指数
5、震荡衰减模型（SEAOW）和双指数震荡衰减模型（DEAOW）来进行模拟（该局放监测系统从原理设计上来说是基于上述两模型进行研发，而在进行局放监测时，正是运用了局放的震荡衰减这一特征进行局放定位），分别如式（1）和式（2）所示，其数学表达式为10（1）（2）式中：为局放脉冲幅值；为衰减系数；为震荡频率。为了验证基于超声波法GIS耐压局放监测系统的震荡衰减效果，本文选择了表1所示的局放脉冲参数11-12，模拟局放信号，如图2所示。t/s图2 单、双指数震荡衰减模型表1 模型参数模型 幅值/mV 衰减系数/s 频率/MHz1 SEAOW 100 12 0.32 SEAOW 100 14 0.283
6、DEAOW 300 10 0.254 DEAOW 450 10 0.15（2）模拟试验。试验目的是验证超声波局放测试仪延长杆是否能够根据局放信号的衰减特性，有效地发现放电点。在试验中耐压击穿性能试验布置了5个超声信号检测点，分别为2号、3号、4号、6号和22号检测点，在GIS内人为加入一螺杆，气压为0.2 Mpa.升压至640 kV发生了击穿，具体情况如图3所示。图3 检测点布置图片图4 幅值衰减图（通道）（1）由图4可见信号强弱排序：6号通道 4号通道 3号通道 22号通道 2号通道。6号通道为本次击穿点附近信号；4号为本次击穿信号通过1个通盆和1个不同盆后的信号；3号为击穿信号通过1个通盆
7、和3个不通盆后的信号；22号为击穿信号通过2个通盆和3个不通盆后的信号；2号为击穿信号通过1个通盆和5个不通盆后的信号。（2）监测到的信号强弱排序与放电源离探头的距离远近完全吻合。（3）超声波受盆式绝缘子的阻碍作用明显，并且死盘比通盘的阻碍作用大很多。（4）最近点6号在击穿（95.7 s出现明显的放电现象，在122.4 s发生击穿）26.7 s前就接收到了缺陷的局放信号，并逐步增加直至击穿。通过上述理论及现场模拟试验可以得知，超声波局放测试仪延长杆可以根据放电信号的衰减特性，有效地检测出击穿放电的所在位置。2 故障点发现经过2.1概况某500 kV GIS共10个断路器间隔和2个母线间隔。开始
8、时，该GIS交流耐压及局放定位试验方案为：（1）耐压总共分两个区域进行，如图4中的红色虚线部分，第一耐压区域设备包括串内第3、4串，另加部分I和II母线气室，从号2主变间隔的进线套管处加压；第二耐压区域设备包括串内第6、7串，另加部分II和I母气室及母线PT间隔，从号4主变间隔的进线套管处加压；且上述加压方式均为分相加压。 图5 耐压试验简图（2）在本次试验中，利用基于超声波法GIS耐压局放监测系统（无线传输）初步对设备有无局放及局放部位进行判断，若存在局部放电现象，为防止放电对试验仪器的影响，则利用超声波局放测试仪延长杆进行定位；（3）开始时，基于超声波法GIS耐压局放监测系统的监测单元布置
9、方案为：每个断路器布置一个监测单元，母线气室每15m左右布置一个监测单元，若存在局放，则根据初步定位安置超声波局放测试仪延长杆检测位置。2.2试验现象及定位分析2.2.1第一耐压区域试验现象及定位分析（1）B相试验现象B相耐压试验频率77 Hz，电压加至568 kV，持续1 min，无击穿现象，一次性通过。（2）C相试验现象及定位分析C相耐压试验频率77 Hz，加压至530 kV时，GIS设备击穿。超声波局放监测表明：5042开关处传感器检测到的信号幅值和脉冲时间宽度明显大于其余传感器的信号，如图6，分析认为击穿位于5042开关附近（下图从左至右分别是5043开关、5042开关和5041开关超
10、声波信号图）。图6 5043开关、5042开关和5041开关处超声波信号图为进一步定位故障部位，利用超声波局放测试仪延长杆在5042开关间隔独立气室逐一布置检测点，并在50421CT气室也布置一个检测点。然后对C相再次加压，电压加至568 kV，持续1min，无击穿现象。耐压试验结束后，对5042开关间隔相关气室进行分解物测试。5042开关气室、50421和50422刀闸气室、以及50422CT气室均未检测到SO2和H2S，但50421CT气室检测到SO2和H2S，3次检测结果如下表2。结合超声波局放测试仪延长杆测试结果和分解物测试结果，可确认第1次击穿发生在50421CT气室。表2 5042
11、1CT气室分解物3次测试结果分解产物 第1次 第2次 第3次SO2/ppm 2.0 1.6 1.5H2S/ppm 0.4 0 0.5备注：50421CT气室3次分解物间，均用标准新气对测试仪器进行清洗。（3）A相试验现象及定位分析图7 第一次耐压5043开关附近I母传感器布置和监测数据A相耐压试验频率77 Hz，加压至547 kV时，GIS设备击穿。超声波局放监测表明：5043开关附近I母上号3传感器检测到的信号幅值和脉冲时间宽度明显大于其余传感器的信号，如图7所示。分析认为击穿位置位于I母上号3传感器附近，但也有可能位于图8所示的蓝色区域。为进一步定位故障部位，利用超声波局放测试仪延长杆在5
12、043开关附近I母拐角处每5 m布置一个检测点，其余部位不变。对A相再次加压，加压至494 kV时，再次击穿。超声波试验数据表明：I母拐角处超声波信号幅值和脉冲时间宽度明显大于其余部位信号，如图8所示，且图8所标注的蓝色区域信号明显偏小，说明击穿位置位于图8标注的蓝色区域。断开A相I母，对其余部分再次加压，耐压通过。图8 第2次耐压5043开关附近I母检测点布置和试验数据2.2.2第二耐压区域试验现象及定位分析（1）B相试验现象及定位分析B相耐压试验频率68 Hz，电压加至568 kV，持续4 s时，GIS设备击穿。超声波局放监测表明：II母上号2传感器检测到的信号幅值和脉冲时间宽度明显大于其
13、余传感器的信号，如图9所示。后检查发现号3传感器断线，分析认为本次放电位于图9中的蓝色虚线区域。图9 II母部分传感器布置及检测图（1）为进一步定位故障部位，利用超声波局放测试仪延长杆在II母拐角处附近每5 m布置一个检测点，其余部位不变。对B相再次加压，加压至289 kV时，再次击穿。超声波试验结果表明：II母号1传感器检测到的信号幅值和脉冲时间宽度明显大于其余传感器的信号，如图10所示，分析认为本次放电位于图10中的蓝色虚线区域。图10 II母部分检测点布置及检测图（2）对II母部分气室进行分解物测试，号1、号5、号6和号2检测点在同一气室，号3和号7检测点在同一气室。检测结果表明，除号1
14、、号5、号6和号2检测点所在气室检测到SO2（1L/L）外，其余气室均未检测到SO2和H2S。结合超声波局放数据和分解物测试结果，可确认两次击穿均发生在号1、号5、号6和号2检测点所在气室，第1次击穿发生在号2检测点附近，第2次击穿发生在号1检测点附近。断开B相II母，对其余部分再次加压，耐压通过。（2）C相试验现象及分析C相耐压试验频率69 Hz，电压加至568 kV，持续1 min，无击穿现象，一次性通过。（3）A相试验现象及分析A相I母和II母均带母线PT，厂家要求PT耐压时试验频率应高于80 Hz，因此试验又分两次进行。第一次耐压设备包括5071和5061开关间隔、号4主变进线套管及气
15、室、XXI线出线套管及气室、I母PT及部分I母，耐压试验频率89 Hz，电压加至568 kV，持续1 min，无击穿现象，一次性通过。第二次耐压设备包括5072、5073和5062开关间隔，号4主变进线套管及气室、XXII线出线套管及气室、II母PT及部分II母，耐压试验频率88 Hz，电压加至568 kV，持续1 min，无击穿现象，一次性通过。3解体检查3.1 50421CT C相解体检查整个CT气室内无明显异物，CT一次导体表面光滑度较好，无任何电弧灼伤痕迹，CT气室中间的盆式绝缘子（以下简称“盆子”）凸面侧沿面闪络，如图11，该盆子安装时水平布置且凸面侧朝上，盆子中心嵌件边缘（靠闪络弧
16、道侧）有被电弧灼伤的痕迹，闪络弧道对应的密封圈和罐体处有电弧灼伤痕迹。因仅击穿一次，沿面闪络弧道在盆子表面颜色较浅。闪络的盆子除表面有闪络通道外，整个盆子表面色泽及光滑度较好，无明显其它缺陷。靠开关及隔离开关两端盆子（均是隔盆）CT侧表面无明显异常。 图11 CT气室中间盆子沿面闪络图3.2 5043开关附近A相I母拐角处解体检查整个母线气室内无明显异物，一次导体表面光滑度较好，无任何电弧灼伤痕迹，母线气室中间的盆子凸面侧沿面闪络，两道闪络弧道明显（耐压过程中击穿两次），如图12，该盆子垂直布置，盆子中心嵌件边缘（靠闪络弧道）有被电弧灼伤的痕迹，闪络弧道对应密封圈和罐体处有电弧灼伤的痕迹。因击穿两次，沿面闪络弧道在盆子表面
