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超声波法在GIS局部放电检测中的应用

来源于:cicoma 发布时间:2014-12-31 13:49:58

        SF6气体绝缘组合电气设备(GIS)因其具有故障低、免维护等特点而在电力系统中被广泛使用。但是GIS具有全封闭的特殊性,使得除了进行微水检测等少数试验项目外,现行的高压电气设备例行试验的大多数项目无法采用GIS,长期以来它几乎处于无维护状态。GIS设备内部出现的缺陷,不容易进行排查。随着GIS电压等级的提高和体积的缩小,GIS内部电场越来越高。GIS内部主要绝缘介质有SF6气体和环氧绝缘构件等。当绝缘存在缺陷时,内部场强分布便会发生畸变,导致局部放电而使内部绝缘受到破坏,同时往往伴随着超声信号的产生。因此目前国内外广泛采用局部放电超声波检测技术等非电量测量法来检测GIS故障。通过收集这些声信号,并根据实际经验加以分析,可以对GIS的运行状况进行评估。

        在GIS的各类故障中,绝缘故障占有较大比例。实际运行情况表明,故障发生时常常并没有进行系统操作,也不存在过电压。导致这些绝缘故障的主要是一些晓得绝缘缺陷,如内部故障缺陷、自由颗粒、毛刺、接触不良、固体绝缘表面脏污等。随着这些微小缺陷的逐渐扩大,会使放电所产生的电荷在固体绝缘表面逐渐积累,导致电场分布的严重畸变。要及时发现这些潜在的绝缘缺陷,必须依靠局部放电超声波检测。 GIS可分为三相共体式和分相式两种。尽管GIS在结构设计上不尽相同,但内部结构基本一致,主要有SF6气体、绝缘支座、拉杆、盘式绝缘子、导电体、气室外壳等。GIS绝缘故障的发生,可能是在产品产生、现场安装以及运行操作等过程。

        (1)气室内导体上和金属外壳上的异常凸起。GIS在装配过程中留下的焊疤或较大的毛刺等,往往在老炼试验中无法清除,便在运行的气室内留下异常凸起点。此类缺陷危害较大,会造成气室内局部场强不均匀。当局部场强达到某一水平时,凸起点将出现尖端闪络。对于雷电或操作的快速暂态冲击,凸起点闪络将会导致绝缘击穿。一般超过1~2mm的凸起点被认为是有害的缺陷。

        (2)气室内自由金属颗粒在电场作用下获得电荷,并受到静电力的作用,如果这种力超过其重力,颗粒就会从外壳上升,并在气室内运动而造成间隙性电晕放电。颗粒的形状及其位置直接影响到气室的耐压水平。颗粒越长,越接近高压导体,其危险程度就越大。如果吸附于绝缘子上,可能会导致绝缘子表面闪络受损,可能造成更大的危害。

        (3)电动和机械力造成气室内零配件松动。如果屏蔽罩松脱,将直接导致电位浮悬,电气绝缘距离缩短,交流耐压水平大幅度下降。如该悬浮屏蔽接近电极,将导致屏蔽与电极见大规模放电。

        (4)固体绝缘内部的空隙和缺陷。在电场作用下,固体绝缘内部的空隙和缺陷会产生局部放电或固体表面树枝状放电,长期累积效应使固体绝缘老话直接击穿,此类缺陷直接影响到GIS的使用寿命。

        当GIS中的缺陷在电压作用下发生局部放电时,局放产生的能量是周围SF6气体的温度骤然升高,从而形成局部过热,所产生的扰动以压力波的形式传播,其类型包括纵波、横波和表面波。不同的电气设备、环境条件和绝缘状况产生的声波频谱都不相同。GIS中沿SF6气体传播的只有纵波,这种超声纵波以球面波的形式向周围传播。由于超声波的波长较短、方向性将强,所以它的能量也较为集中,因而可以通过设置在外壁的压敏传感器收集超声放电信号并对信号进行分析。

        GIS发生局部放电时,传感器检测频率较低,易受到环境噪声的影响;传感器检测频率较高,则信号衰减严重。GIS中的超声波信号频率集中在20~200kHz。由于声音信号在SF6气体中的传输速度很低(约140m/s,约为在油中传播速度的1/10,在空气中传播速度的1/2),在传播时衰减很大(26dB/m,约为空气或油中的20倍),且衰减量随着频率的1~2次方增加,顾超声波诊断方法在对局部放电放电量大小的分析上受到电源距离影响很大,一般不用于定量分析。如果传感器接近缺陷,可达到检测5pC放电信号的灵敏度水平,但在测量点远离缺陷的情况下,灵敏度大为降低。但正是由于超声波在SF6气体中具体衰减快这一点,使得利用超声波技术检测GIS时具有定位的特性。