GIS内置特高频传感器现场运行典型缺陷及预防措施

王玮,周秀

(国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，宁夏 银川 750011)

近年来，气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)在电网中的装用量逐年攀升，为确保在运GIS设备的安全、平稳运行，国网公司十八项反措规定220 kV及以上GIS应安装内置特高频传感器[1]。内置特高频传感器主要有圆环型、圆板型等，检测频带范围300 MHz～3 GHz。随着GIS内置特高频传感器装用量增大，且传感器自身质量良莠不齐，圆板型内置传感器质量问题引起悬浮电位缺陷[2]；内置传感器现场运行环境复杂，在长期运行工况下灵敏度性能下降[3]。由GIS内置特高频传感器设计或密封垫工艺不良造成的漏气故障占GIS设备故障比例较高[4]。

1 GIS内置特高频传感器漏气缺陷案例

1.1 密封垫圈未安装到位缺陷

2015年6月20日，对某330 kV变电站GIS设备开展日常巡视时，发现1号主变A相出线气室压力表不正常，立即通知试验人员开展SF6气体红外成像检漏诊断性试验，发现该气室内置特高频传感器接线盒处有SF6气体泄漏现象，具体如图1所示。

图1 内置特高频传感器红外检漏

GIS设备在运行过程中，GIS气室管壁出现漏气的概率较低(仅砂眼时)，重点应对安装密封垫或密封圈的部位开展排查。根据图1内置特高频局放传感器红外检漏及图2设备结构综合分析，该内置传感器在安装过程中未完全与气室管壁压紧而存有微小细缝，造成该处密封垫圈未完全压平整，造成该处SF6气体泄漏[5]。

图2 内置特高频传感器结构

1.2 盖板与局放探头盒间密封不严缺陷

2017年1月10日，某330 kV变电站330 kV II母GM25 气室报“GIS气室低气压报警”信号。现场核查发现，330 kV II母母线C 相8号间隔气室气压已降至0.25 MPa。经检漏仪测试，在内置特高频局放传感器盖板处发现有漏气现象，其SF6气体泄漏量>5 000×10-7mL/s，存在较严重的气体泄漏现象。

现场对拆下的局放盖板进行检查发现局放探头盒表面有大量的锈迹，如图3所示。根据现场检查结果，漏气原因为盖板与局放探头盒间未进行防水处理，且盖板为水平布置。水平布置的局放探头盒易积水，当气温降至零度以下，积水的盖板表面易结冰膨胀，可能导致局放探头绝缘板受应力，诱发绝缘板裂纹导致漏气[6]。

图3 局放探头盒表面大量锈蚀痕迹

1.3 局放探头和绝缘盆子间未密封缺陷

2018年1月25日，某220 kV变电站45215出线隔离开关低气压报警，经现场核实隔离开关45215-3气室压力为0.35 MPa(额定压力0.40 MPa、报警压力0.35 MPa)。检修人员立即对45215断路器及隔离开关气室开展SF6红外检漏试验，发现45215-3隔离开关C相分支外壳安装的内置特高频局放传感器盖板处有漏气现象，如图4所示。

图4 60216断路器气室红外检漏成像

1月28日，对隔离开关45215-3的 C相气室SF6气体进行回收，回收后将45215-3隔离开关C相上部的GIS分支母线手孔打开，发现内置特高频传感器的绝缘盆子有裂纹，此裂纹造成45215-3隔离开关C相局放探头的盖板处漏气，如图5所示。

图5 局放传感器内部绝缘盆子断裂

漏气主要原因为传感器的内部特高频局放探头和绝缘盆子间的连接处未安装密封垫圈，导致运行过程中水蒸气进入到局放传感器，造成局放传感器内部探头生锈，水蒸气进入绝缘盆子表面，随着现场运行环境温度下降致使绝缘盆子胀裂[7-8]，如图6所示。

图6 局放传感器内部探头生锈

1.4 漏气缺陷措施

(1)密封垫圈未安装到位缺陷。应加强相关工序的管控力度，并加大对安装人员的培训力度，确保密封圈等关键部位的安装质量，确保设备在各类环境中运行平稳。

(2)密封不严及未密封缺陷。应加大对内置特高频传感器出厂时的气密性试验检测力度。同时，制造厂应提供由环境温差造成密封圈伸缩量的计算报告，确保设备在极寒等恶劣工况下不发生因密封问题造成的设备缺陷。

2 GIS内置特高频传感器悬浮放电缺陷案例

2.1 缺陷概述

2016年4月7日，对某±800 kV换流站开展投运后1个月内首次例行带电测试时，特高频局放检测发现330 kV GIS II母B相(33211隔离开关间隔)有异常的放电信号。

2.2 特高频局放检测情况

检测到异常的特高频局放信号后，立即接入同步信号源，对该异常信号相位进行准确判断。在图7的PRPD及PRPS发现工频周期内呈现两簇(即一大一小)明显的放电脉冲信号，初步判断存在疑似的悬浮放电信号[6]。

图7 特高频局部放电图谱

2.3 超声波局放检测情况

为进一步确定该疑似悬浮放电信号，对330 kV GIS II母B相(33211隔离开关间隔)附近开展超声波局部放电检测，并检测到异常超声波局放信号，图8的连续图谱表征为100 Hz相关性大于50 Hz相关性，图9的相位图谱表征为1个工频周期内呈现两簇信号，综合判断该处存在悬浮放电缺陷特征[9]。

图8 超声波局部放电连续图谱

图9 超声波局部放电相位

2.4 时差定位法

对于存在的悬浮电位放电信号，运用时差定位法进行精准定位，①、②、③分别代表图10中GIS的A、B、C相，图11可知①的特高频信号超前②和③的特高频局放信号，此悬浮放电信号位于①处，该处为内置式特高频传感器布置点[10-11]。

图10 特高频传感器布置

图11 各特高频传感器时差定位法

2.5 原因分析

经带电测试的局放图谱和现场设备结构的检查，该异常缺陷是由GIS设备的内置特高频传感器外接信号接口的安装工艺不良造成的悬浮电位放电。

2.6 悬浮放电措施

根据悬浮电位放电原因，结合内置传感器自身结构特点，在不改变传感器原有结构的前提下，通过在内置特高频传感器连接法兰与接口座增加等电位连接线，消除本案例悬浮电位缺陷。

3 结 论

(1)特高频内置传感器在变电站现场运行中最突出的问题为漏气和悬浮电位放电缺陷，且漏气缺陷占比较大。这两类缺陷主要与制造厂的生产工艺及宁夏地区极寒等极端天气关系较大，厂家应加大极寒等运行工况下传感器状态研究工作，运行单位应加大极寒等极端天气下的设备巡视力度，有必要时可借助SF6红外检漏测试仪等先进设备开展巡视，便于快速、精准查找漏气部位。

(2)特高频局放检测易于捕捉悬浮电位放电信号，有时也受其它干扰信号的影响，应与超声波局放检测相结合排除干扰信号，时差定位法有助于在现场复杂的电磁场环境下精准定位缺陷位置，需综合运用各种带电检测手段来查找设备缺陷。