特高频局放在线监测在GIS 设备中的应用及案例分析

2020-09-29张锐

科学技术创新 2020年29期

关键词：局放诊断系统断路器

张锐

（国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏南京210000）

1 特高频局放在线监测系统

目前常见应用于现场的局放在线监测方法主要分为特高频法和超声波法。由于特高频法具有较好的抗干扰性和灵敏性，且能适用于各种类型的缺陷，因此也得到了更广泛的使用。

特高频局部放电监测系统由传感器、信号处理单元RTU及分析诊断系统PDM 组成。通过传感器采集信号并传输至信号处理单元进行过滤及转化，再上传至数据库并通过诊断系统进行诊断分析。

1.1 传感器

根据不同的GIS 结构及现场需求，特高频传感器可采用内置式或外置式。内置式传感器可以安装在GIS 设备检测窗，需在GIS 生产过程中预先安装；外置式传感器在已经运行的GIS 上无需停电即可进行安装；外置式的噪音传感器可以安装于GIS 范围内，如断路器、隔离开关等部位。几种类型传感器参数如表1 所示。

表1 传感器参数

1.2 信号处理单元RTU

RTU 数据处理单元采用高性能同轴电缆与特高频传感器进行连接。通过硬件滤波电路、混频放大、高速采样及小波阈值滤波等多种抗干扰技术，提取有效的内部放电信号，进过PRPS 和PRPD 算法处理后通过TCP/IP 上传至中央处理单元。

1.3 分析诊断系统PDM

PDM 主要由Engine 和Client 两部分组成，Engine 主要控制数据的接入及系统的运行，Client 主要用于远程客户端的接入及显示。该系统能够通过网络对每个传感器进行远程访问，包括实时监测、分析、诊断、保存传感器数据、远程报警以及相位同步等功能。

2 GIS 局放种类及典型图谱

GIS 局部放电大体可分为自由颗粒、尖端电极、悬浮电极和绝缘缺陷四类，典型图谱如图1 所示。

自由颗粒是大量粉尘后金属粒子被保留在气室内部形成的一种放电，表现的特征是在0-360°的相位上都有信号，视在放电量大小在上百或几百pC。

尖端电极是生产时的误操作导致树突状的导电粒子保留在导体和外壳内表上形成的一种电晕放电，主要表现在90°和270°，放电量在几十到几百pC。

悬浮电极主要由GIS 的金属连接处松动导致，信号集中表现在0-90°、180°-270°和340°-360°，放电量在几百到几千pC。

绝缘缺陷是绝缘件在生产或组装过程中形成的一种比较常见的放电类型，主要表现在0-90°和180°-270°，放电量在几十到几百pC（图1）。

3 案例分析

2017 年8 月2 日12 时58 分，某变电站1000kV GIS 特高频局部放电在线监测装置发报警信号，T0121 流变A 相、T0122 流变A 相、T01367 线路接地闸刀A 相等三处气室同时报局放异常，图谱具有“兔耳”特征。当日16:30 报警信号消失，约40 分钟后又间歇性报警，在线监测图谱如图2 所示。

随后，电科院、局放在线监测厂家等单位在现场进行了局放复测，经检测判断异常信号来自GIS 内部，信号源位于T012 断路器A 相与T0122 流变A 相之间的不通气盆式绝缘子附近，可能存在绝缘子内部气隙缺陷，后经汇报紧急拉停T012 断路器。对该断路器进行返厂相关电气试验，确认762kV 下存在异常局部放电，局放值在80-160pC，局放定位在断路器静侧。

对该断路器进行解体检查，将静侧绝缘支撑筒封入试验工装，进行局放试验。试验加压顺序为：0kV→635kV/5min→960kV/5min→825kV/10min→762kV/10min→试验结束（试验变压器最高加压值为960kV）。发现支撑筒局放异常，局放起始电压约为431kV，升压至635kV 时，最大局放量约10 万pC，为防止试品击穿，立刻将电压降至0。GIS 厂家认为绝缘支撑筒未安置稳固导致局放异常，更换固定措施后进行第二次局放试验，试验加压顺序不变。经测试发现绝缘支撑筒仍局放异常，局放起始电压约为555kV，升压至635kV 时，最大局放量约96000pC，为防止试品击穿，立刻将电压降至0。

图1 GIS 局放典型图谱

图2 局放在线监测图谱

为进一步确定缺陷位置，对绝缘支撑件进行强光探缺检查，发现绝缘筒靠近端盖侧接缝有黑色痕迹。为屏蔽疑似缺陷的影响，用排除法将绝缘支撑件两端均加装屏蔽罩，并从绝缘支撑件与导杆连接侧加压，进行第三次局放试验，试验加压顺序不变。经测试发现绝缘支撑件在加压至960kV 时出现局放异常，局放量持续在4.5pC 以上，最大局放量约为5.8pC，其余加压值下局放未见异常。

为真实反映断路器实际工况下的局放情况，将静侧支撑绝缘筒试验姿态与实际工况姿态保持一致，即实际工况下灭弧室侧连接到加压部分，断路器端盖侧去除屏蔽罩并接地，再次进行局放检测，试验加压顺序不变。经测试发现绝缘支撑筒仍局放异常，局放起始电压约为500kV，升压至960kV时，局放量约1000pC，降至762kV 时，局放量仍有1000 多pC，而且随着时间逐步增长，实验过程中示波器采集的放电脉冲信号与2017 年8 月现场检查的信号特征吻合，由此判断支撑筒局放超标是导致现场运行中局放异常的原因。