220KV组合电器局部放电缺陷的处理

220KV组合电器局部放电缺陷的处理

周继鹏,王聪,高瞻

河南平高电气股份有限公司 河南省平顶山市 467000

摘要：本文介绍了220kV电压等级组合电器的局部放电缺陷类型和局部放电检测方法，并进行了案例分析，首先确定放电是间隔内的刀闸机构，放电类型是悬浮放电。解体和停电期间，在刀闸齿轮传动轴和绝缘杆卡槽的装置中发现有放电的痕迹，分析了放电原因并采取了预防措施。

关键词：组合电器；局部放电；检测方法

组合电器设备的故障可能发生在设备的加工、装配和运输、现场安装或设备正常运行期间，例如调试快速接地开关或操作快速接地开关产生的颗粒。220kV变电站综合电气设备的三相分相结构，调试后局部放电带电在规定时间内检测。

一、组合电器局部放电缺陷类型

SF6中使用绝缘电气设备时可能出现的故障包括自由颗粒、毛刺、悬浮屏蔽、盆式绝缘子颗粒、内部设备绝缘缺陷和松动。

1.接地或带电凸起。带电或接地部分的凸起会畸变电场，此缺陷会影响电脉冲引起的雷电冲击电压值，或由于高压导致的隔离开关运动，顶部的电晕造成空间电荷受到顶端屏蔽。但是，由于交流电压较慢，交流电压测试很难检测到空间负载。实验表明相导体上的导线大于1~2mm凸起，影响设备的安全性。接地体上的低场强对安全运行没有明显影响。

2.固定颗粒的自由运动。自由粒子的直径越大，高压导体越接近，隐患的危险就越大。暴露的粒子在绝缘子表面移动时，绝缘子逐渐断裂，甚至导致闪络。这对设施的安全运行构成严重威胁。自由形式运动粒子的位置、形状和大小也决定交流电压降，但自由形式运动粒子对初始雷电冲击电压的影响微乎其微。

3.气泡和缺陷。绝缘子中的间隙、杂质或裂纹会导致电压逐渐增加，导致电树枝，最终引起击穿。但是，由于绝缘材料的阻尼效应，平时使用的超声波局部放电检测对这类误差的敏感性较低。

4.屏蔽电气悬浮/机械松动。组合电器机械松动，如果在带电的导体内，可能会导致很大的放电量，机械松动信号产生的超声波容易检测到。

二、组合电器中局部放电检测方法

1.传统的脉冲电流检测方法。该检测方法是一种在断电情况下检测局部放电的方法，为了避免脉冲电流，通常测量局部放电频谱的低频分量（局部放电信号的能量集中在几千赫兹到几百赫兹或最大兆赫的范围内）。由于各种干扰，脉冲电流法难以获得实验室常用的检测灵敏度。《电力设备交接和预防性试验规定》对组合电器设备出厂试验进行了规范，组合电器设备出厂试验时会发生局部放电，组合电器设备厂家需对设备进行局部放电检测。目前，电器设备制造商主要采用脉冲电流法进行测量。该法规定，机组单个器件的局部放电不得超过3pc，整个GIS间隔的局部放电值不应超过5pc。

2.特高频检测方法。组合电器局部放电引起的脉冲电流，其上升时间和持续时间仅为ns级。电流脉冲在0.3-3GHz的主频范围内产生高频电磁波，可在复合非金属盘式绝缘子中检测到。根据电磁波的振幅和频率特性，特高频检测方法有如下优缺点。优点：满足不停电检测要求，检测期间电网可以正常运行，能够进行连续在线监测；UHF有效抑制由空气电晕引起的低频电干扰引起的背景噪声。检测灵敏度可达到多个PC。缺点：可以检测到错误，但无法准确定位故障位置；此外，没有国家标准来解释检测结果。因此，灵敏度不足，抗干扰能力较差，无法实现精准定位是特高频检测方法的主要缺点。

3.超声波检测。装置中心放电产生的声波为横、纵和表面波。横波必须穿过固体介质，而纵波必须穿过气体才能进入外壳，如绝缘子。因此，压电传感器可用于接收单元外壳表面上的这些声波信号，以检测局部放电。优点：电气干扰对其没有影响，因为检测设备未连接到控制装置电路；通过改变超声波信号的振幅来检测缺陷。同时，超声波检测技术比较成熟，设备操作也比较简单方便，适合现场的应用。缺点：噪声信号高频部分的衰减速度非常快，不同介质的传播速度不同。气体传播速度仅约为140m MS，在各种材料的边界上反射，导致测量信号严重失真。对于复杂设备，超声波传感器需要在不同位置对设备进行测量。

三、案例分析

1.检测到缺陷。在组合电器的局部放电试验中，UHF测试仪在220kV主变压器201相附近检测到异常信号。在测试期间，传感器1连接到相单元A相中的绝缘子，并且传感器2靠近相并面向空气以检测背景信号。UHF检测频谱表明，两个传感器检测到的UHF信号与工作频率有关，每20ms有两组信号，且幅度稳定，符合悬浮放电的特性。传感器2运动和转向传感器，接收接近A相的各种位置和方向信号示波器的扫描速度增加到50纳秒，从而可以清楚地匹配信号之间的时间差。经过多次测试，传感器1的信号范围明显大于传感器2的信号幅度，信号时间也早于传感器2，这表明传感器1首先识别信号，然后传感器2接收消声信号并在电源室内放电。将超声波传感器3添加到刀闸外壁，测试结果表明，UHF和超声波脉冲序列符合明显的工业相关性。信号来自同一电源。传感器1-3采用声和电仪器相结合的延时定位方法来精确定位放电源。传感器1和2是超声波传感器，传感器3是UHF。三者自上而下的传感器安装在201-3a相刀闸外壁上。如测试图所示，1号超声波脉冲在时间上领先于2号超声波脉冲。信号源应位于1号传感器附近。在201-3气室中进行气体和微水CO2含量测试。测试结果如表1所示，未发现异常。

表1 201-3气室sF6气体成分及微水测试结果

2.分析缺陷。现场检查确认放电信号为悬浮放电形式，放电电源位于刀闸附近开关室201-3顶部。悬浮放电是由于缺乏适当的接地，这会导致一些设备中积累大量电荷。随着电位差的增加，这些电荷和地形形成的电位差也将在后击穿间隙放电。检查刀闸201-3的结构，驱动输入轴与驱动轴锁定，驱动底部与绝缘杆顶部的卡槽连接。紧密接触三者，是地电位。绝缘杆底部的卡槽连接在刀闸齿条，使转动时带动齿条过程中伸缩，完成刀闸切换。两者都有高电位。根据定位结果，电源靠近刀闸室201-3的顶部。根据外部结构，由于接触不良，有两个位置可能出现悬浮放电，即：传动输入轴与齿轮传动轴的啮合面位于刀闸室的顶部。齿轮传动轴与绝缘杆端夹紧窦之间的卡槽装置位于刀闸气室中。每周检查刀闸A相201-3室信号振幅。结果表明，在两个月的试验中，放电容量缓慢增加。刀闸气室放电时，检验员应及时申请停电检查和处理。

根据解体情况，首先更换符合尺寸标准的适当齿轮传动轴和绝缘杆，解决轴扁口与绝缘杆卡槽接触不正确的问题。在槽的下表面中间安装一个电位弹簧，以防后插槽与传动轴扁口部分之间的接触在长期运行后脱落。绝缘杆通过驱动辊弹簧弹性连接，以确保绝缘体顶部的可靠接地，然后消除了局部放电的潜在风险。

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