110kV GIS局部放电缺陷的分析与处理
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国网山东省电力公司滨州供电公司、国网山东省电力公司检修公司的研究人员王政、王俊昌等，在2018年第6期《电气技术》杂志上撰文，介绍了一起由于隔离开关合闸不到位引起的GIS内部发热并伴随局部放电的缺陷，运用超声波及特高频局部放电检测、红外测温、SF6组分检测等技术进行了综合诊断，分析了造成缺陷的原因，对类似缺陷的处理具有一定的借鉴意义。
对GIS开展带电检测工作能够有效发现其内部的缺陷，检测时应注意特高频、超声波局部放电检测等不同检测方式的联合应用，保证检测结果的全面性。对检测发现的设备内部缺陷，除了对检测波形进行相关分析外，还应对检修或更换的相关部件进行多种手段的解体，以便于对缺陷成因进行综合分析[1-3]。
1 缺陷检测
运维人员在对某110kV变电站进行巡视时，发现110kV GIS某线路间隔114-3刀闸气室有异响，对该间隔进行超声波局部放电检测、特高频局部放电检测、红外测温、SF6气体组分检测等多种检测方式进行缺陷的诊断分析。通过解体检查判断为一起由于刀闸合闸不到位引起的GIS内部发热并伴随局部放电的缺陷。
1.1 超声波局部放电检测
该间隔114-3刀闸检测到明显的超声波异常信号，信号图谱如图1所示，检测位置如图2所示。
图1 超声波局部放电图谱
图2 超声波信号异常部位图
连续模式下，该间隔114-3刀闸处信号峰值约为30mV，背景峰值为0.9mV，50Hz相关性和100Hz相关性不明显。飞行模式下，异常图谱存在明显的放电特征，图形呈驼峰状分布，具有典型的自由颗粒信号特征。相位模式下，异常图谱具有一定的相位特征，符合典型自由颗粒放电特征。
1.2 特高频局部放电检测
对该间隔进行特高频局部放电检测，检测位置如图3所示。
图3 特高频局部放电检测位置图
该间隔盆式绝缘子均能检测到异常放电信号，其中位置4处盆式绝缘子信号最大，检测图谱如图4所示。由信号图谱可以看到，信号放电次数较多，重复性高，幅值较分散，但放电相位较稳定，软件专家诊断系统判断自由颗粒概率为98%[4-5]。
将盆式绝缘子信号与背景信号进行对比分析，发现内部信号始终领先外部信号，时间领先法判定异常放电信号来自GIS内部，时间领先法分析图谱如图5所示（传感器1测量GIS内部信号，传感器2测量外部信号）[6-8]。
1.3 红外精确测温
对该间隔进行红外测温，图谱如图6所示。
图4 特高频局部放电信号图谱
图5 时间领先法分析图
图6 信号异常部位红外图谱
由红外图谱可以看出，热点温度最高为36.4℃，正常部位温度32.1℃，温差4.3K，罐体顶部温度最高，往下温度呈现递减趋势，符合GIS内部发热典型图像特征。
1.4 SF6气体组分分析
对该间隔114-3刀闸气室进行SF6气体分解产物测量，结果见表1。
结合超声波及特高频局部放电检测、SF6分解产物检测及红外测温综合分析判断该间隔114-3刀闸气室处存在异常放电，符合自由颗粒放电特征，放电信号较大，放电造成SF6分解，同时GIS内部存在发热缺陷，温差超过7.9K，构成严重缺陷。
表1 气体组分含量测试数据
图7 缺陷间隔图
2 检修处理
2.1 现场检查
对该间隔进行停电处理，首先断开114开关，由于114-3刀闸无法操作（操作机构原因，怀疑是电动机烧毁），检修人员将电动操作机构连接拐臂的连接螺丝拆除后手动分开114-3刀闸，再断开114-2刀闸。
对该间隔进行检查，随后对114-3刀闸气室解体检查，发现罐内表面附着一层粉尘状物质，验证气室内确实存在放电现象。通过检修手孔观察114-3刀闸动触头表面颜色异常，呈灰白色。放电痕迹严重（如图8所示），初步确定放电点为114-3刀闸动触头。
图8 114-3动触头存在放电点
通过手动分合114-3刀闸并观察刀闸动触头上的放电痕迹，发现刀闸在合位的时候，动静触头之间仍有20～22mm的间隙，动触头的标准插入深度是36mm，而动触头实际插入深度只有14～16mm，114-3刀闸并未合闸到位。
将114-3刀闸手动合闸到停电前合闸状态后，进行回路电阻测试（测试范围为QE1至QEF，如图7所示），三相电阻值分别见表2。
表2 回路电阻测试数据
回路电阻测试数据证明114-3刀闸并未合闸到位。
2.2 返厂检查
为深入分析缺陷根本原因，对线形隔离开关本体返厂进行检查。查看隔离开关内部情况，发现气室内部有异味、内腔有白色粉末状异物；三相屏蔽罩均有烤炙痕迹；两侧屏蔽罩无松动、三相动触头相对静触头屏蔽罩对中良好。
将隔离开关动端拆除检查发现接地开关静触头无放电痕迹，触指压痕均匀、无异常；隔离开关动触头端部有烧蚀痕迹，烧蚀部位均匀圆周布置（如图9所示）。
图9 A、B、C三相隔离动触头端部均有烧蚀痕迹
将隔离开关静端拆除，进行检查发现，隔离开关静侧接地开关静触头无异常，隔离开关三相静触头屏蔽罩有烤炙痕迹，隔离静端触指有烧蚀痕迹，均匀圆周布置。静触头屏蔽罩内有大量白色粉末状异物，壳体内壁无异常（如图10所示）。
图10 隔离开关静端触指有烧蚀痕迹、屏蔽罩内部大量白色粉状异物
对烧蚀后产生的粉末状异物材质分析与SF6气体烧蚀分解物成分吻合，材质分析图如图11所示。
图11 烧蚀后产生的粉末状异物材质分析
3 故障分析
解体检查结果表明，可能造成隔离开关发生动静触头结合处烧蚀、产生大量粉末状异物的原因有以下几点：
①隔离开关动触头对中不良，在合闸过程中动触头偏心顶到静侧屏蔽罩或一侧触指头上，导致无法合闸完成，造成虚接烧蚀；
②隔离开关绝缘传动拉杆等零部件或装配尺寸有误，机构通过拉杆传动过程中存在传动损失，导致合闸无法到位虚接烧蚀；
③由于机构存在故障，机构传动齿轮在传动过程中卡主，造成电动机加大处理，最终电动机烧毁，而此时动静触头并未完全结合到位，造成虚接烧蚀[9-10]。
对可能原因逐个分析，从厂内解体情况看，三相隔离开关动触头与静触头接触痕迹圆周均布，无对中不良情况，排除对中不良造成虚接烧蚀的可能；厂内解体完成后，对传动拉杆长度等重要零部件及装配尺寸现场进行测量，均符合图纸要求，排除拉杆尺寸加工有误造成传动损失导致合闸不到位虚接的可能。
从操作机构电动机烧毁这一角度出发，检查机构齿轮转动情况，检查发现，机构齿轮在转动中存在卡涩情况。
隔离接地开关操动机构连杆及拐臂安装要求如图12所示（114-3刀闸分位），工艺标准要求电动机带动拐臂旋转60°，动触头行程为115～120mm之间，插入深度为36mm。而从现场解体后动触头上的放电灼伤痕迹以及拐臂在分合位置的角度差值分析（如图13所示）刀闸拐臂正常动作角度60°，现场实际测试角度为42°，角度偏差18°，判断114-3刀闸确未合闸到位（如图14所示）。
由于114-3刀闸在由分到合操作过程中发生机构齿轮卡涩情况，导致电动机负荷增大烧毁，而此时114-3刀闸操动机构拐臂旋转尚未达到60°，且动触头插入深度远远不足36mm，造成实际合闸不到位，导致静触头对动触头尖端持续放电。
图12 操动机构连杆及拐臂安装要求
图13 114-3刀闸拐臂分合闸角度分析
图14 114-3刀闸未合闸到位图
本次缺陷的原因为隔离开关合闸过程中，由于操作机构电动机过载烧毁发生故障停止运动，动触头与静触头瓣形触指刚刚接触，无法承载要求负荷，在长时间运行过程中虚接部位长期发热，导致动静触头发生烧蚀，烧蚀到一定程度产生粉末颗粒，进而引起GIS内部发生局部放电。
已更换本次故障隔离开关，对110kV GIS其余间隔线型隔离开关进行排查，检查机构分合闸指示，排除隔离开关分合闸不到位的隐患。在今后在停电检修时，应打开机构箱，检查二次接线，操作隔离开关并复核本体行程及超行程。另外，监造时应加强出厂时对机构出厂检查，以避免出现类似问题[11]。