750 kV高压并联电抗器局放检测异常分析.pdf

750 kV高压并联电抗器局放检测异常分析王生杰1，吴对平1，李渊1，马国祥2，王劲松3，沈洁1，宋通3（1.国网青海省电力公司电力科学研究院，西宁810008；2.国网青海省电力公司，西宁810008；3.保定天威新域科技发展有限公司，河北 保定071025）摘要：文中介绍了一起750 kV高压并联电抗器局放检测异常案例，通过带电检测和综合监护系统成功捕捉到了高压电抗器内部间歇性放电信号，进一步明确了微弱乙炔状态下的缺陷类型。通过超声传感器联合定位方法确定了局放源的位置，并通过解体确定了故障原因。本次高压电抗器局部放电信号异常的原因为电抗器内部由于长期振动的原因，导致电抗器出现了螺丝脱落，悬浮颗粒造成的油隙打火，而螺丝松动的原因为锁固剂涂覆不规范、螺栓紧固力矩不符合要求。通过对该案例缺陷的处理和分析，在高压电抗器安装、验收、运维检修等方面提出相应建议防止该类缺陷再次发生。关键词：高压并联电抗器；局部放电；带电检测；局放定位Abnormality Analysis of 750 kV High Voltage Shunt Reactor ThroughPartial Discharge DetectionWANG Shengjie1，WU Duiping1，LI Yuan1，MA Guoxiang2，WANG Jinsong3，SHEN Jie1，SONG Tong3（1.Electric Power Research Institute of State Grid Qinghai Electric Power Company，Xining 810008，China；2.State Grid QinghaiElectric Power Company，Xining 810008，China；3.Baoding Tianwei Xinyu Technology Development Co.，Ltd.，HeibeiBaoding 071025，China）Abstract:In this paper，a partial discharge detection abnormality of 750 kV high voltage shunt reactor is introduced.The internal intermittent discharge signal of the high voltage reactor is captured through live detection and a integrated monitoring system，and type of the fault under the weak acetylene condition is defined further.The position of thepartial discharge source is defined through the joint location method of the ultrasonic sensor and the reason of thefault is defined through the disassembly.The reason for the abnormal partial discharge signal is due to longterm vibration inside the reactor，causing the screws to peel off and oil gap spark due to suspended particle.While，the reason of screw looseness is irregular application of the locking agent and the tightening torque of the bolts not complying with requirement.Throughout the processing and analysis of the defect of the case，corresponding suggestions inthe installation，acceptance，operation and maintenance of the high voltage shunt reactor are proposed so to prevent reoccurrence of such type of defects.Key words:high voltage shunt reactor；partial discharge；live detection；discharge location0引言随着中国远距离输电技术的发展，超特高压交直流互联大电网逐渐形成，高压并联电抗器是高压传输系统中不可或缺的重要电力设备1-4。高压并联电抗器可补偿输电线路上的充电电流，削弱电容效应，限制系统工频电压升高和操作过电压，并可消除同步发电机带空载长线时产生的自励磁现象，因此，高压并联电抗器对于保证大电网安全具有重要的作用，其可靠运行直接影响到电网稳定5-9。随第59卷第8期：007800832023年 8月16日High Voltage ApparatusVol.59，No.8：00780083Aug.16，2023DOI:10.13296/j.10011609.hva.2023.08.009_收稿日期：20230310；修回日期：20230529着电网电压等级的逐渐上升，超高电压等级电抗器的绝缘性能受到关注。高压电抗器内部的绝缘缺陷是导致电抗器绝缘故障的主要原因之一，所以需要及时检测出其内部绝缘缺陷并进行故障排除，以保障电抗器的安全稳定运行10。局部放电检测是高压并联电抗器绝缘性能评估的主要检测手段，但对于电抗器而言，常规脉冲电流法难以在现场开展，因此对电抗器进行局放带电检测很有必要11。随着带电检测技术的发展与应用，利用特高频、超声波检测技术能够较早发现电抗器绝缘类缺陷，发现问题后及时进行处理，避免问题恶化影响电网安全12-13。同时，根据近年来的故障案例可知，电抗器内部绝缘缺陷的局部放电会导致油中溶解气体组分的变化，在发现油色谱异常后，可及时排除出缺陷类型与位置，这也是电抗器局放检测有效的分析测量方法14-16。但是，由于电抗器结构复杂，难以采用单一的局放检测方法对其内部故障和缺陷进行有效排查，这常需要多种检测方法的联合分析。因此，为提高电网运行的安全可靠性，在高压并联电抗器运行阶段，常采用多种检测方法，加强带电检测工作开展，发现异常应深入分析原因，制定对策，彻底消除电抗器隐患17-20。针对高电压等级的并联电抗器的绝缘诊断流程，多运行检测参量的配合分析以及对电抗器运行状态的完善评估方面，仍存在不足，这限制了对高压并联电抗器现场带电检测的开展21-22。文中针对在带电检测过程中发现的一起750 kV高压并联电抗器异常情况，通过带电检测和综合监护系统成功捕捉到了高压电抗器内部间歇性放电信号，进一步明确了微弱乙炔状态下的缺陷类型，并通过综合带电检测和综合监护系统实时监测进行有效结合，全面解决了该台电抗器从色谱异常到内部缺陷确认、后期缺陷连续跟踪到后期检修消缺的整个流程问题。1基于模态分析盆式绝缘子状态带电检测系统1.1设备概况该台电抗器于2016年5月出厂，2017年8月投入运行，投运以来运行稳定。为检测运行设备的健康状态，检修人员于电抗器投入运行28个月后开展电抗器局放带电检测工作，排查电抗器的局放情况时，发现该设备C相存在微量乙炔，为了进一步确定故障情况，对设备进行局部放电带电检测并结合油色谱及设备运行情况，对高抗进行综合状态评估，并安装变压器综合监护系统进行实时监测。1.2故障检测结果电抗器局部放电在线监测系统组成见图1，主要由HFCT高频线圈、超声传感器、设备在线监测硬件平台以及在线监测软件组成。检测异常的为C相。图1电抗器局部放电检测平台示意图Fig.1Schematic diagram of reactor partial discharge detection platform通过检测，发现C相铁心及夹件接地线均存在异常信号，铁心、夹件高频局放检测图谱见图2。检测结果表明电抗器内部存在间歇性放电信号，且放电信号通过夹件与铁心接地线均可以检测到大小交替变化、不规则的周期性信号。放电相位呈良好对应关系，相位分布稳定，放电主要聚集在相位为0、180附近，在同一电压周期内，铁心检测到的局放信号早于夹件处。夹件处的放电信号强于铁心处。这是由于夹件接地线处可耦合局部放电信号(对局部放电更加敏感)，而铁心接地线处只能耦合干扰信号，此外，只有当发生局部放电时，夹件接地线处的信号幅值才会大于铁心接地线处的信号幅值。检测获得的PRPS图谱见图3。C相夹件与铁心接地处均存在明显的局部放电信号。夹件接地处所测到的局放信号更强。初步的局部放电检测已可以反映出电抗器内部存在绝缘缺陷，进而引发了局部放电。采用同类对比法，对A、B相铁心、夹件接地线进行高频局放检测。通过检测，未发现与C相高频信号一致的高频信号。表明主要的缺陷存在于C相。2C相电抗器综合监护2.1局部放电信号监测为了对放电信号进行进一步识别并定位放电变压器技术王生杰，吴对平，李 渊，等.750 kV高压并联电抗器局放检测异常分析792023年8月第59卷第8期源，工作人员对该台750 kV电抗器所在变电站变压器安装状态综合监护系统，并对C相高压电抗器进行实时监测，见图4。在安装综合监测系统5日后，首次监测到C相高压电抗器内部存在放电信号，综合监护系统报警，高频局放数据和超声局放数据同时增大，见图5。两种信号具有很强的关联关系，放电信号持续约5 h后消失。24 h后再次监测到放电信号，同时技术人员利用远程数据分析完成了放电信号的确认和放电源定位，确认高抗内部存在明显的局部放电现象，放电位置位于高抗上端部位置。图5电声信号对比Fig.5Electroacoustic signal comparison综合监测系统监测到的局部放电图谱见图6。由图可知，放电信号图谱与带电检测时测量的放电图谱基本吻合，放电主要发生在0与180附近。相图2高频局放信号Fig.2High frequency partial discharge signal图3高频局放信号PRPS图谱Fig.3High frequency partial discharge signalPRPS spectrum图4综合监测系统安装实物图Fig.4Picture of integrated monitoring system installation80位0的放电信号更强，这与带电检测时夹件接地处的检测结果相吻合。变压器技术王生杰，吴对平，李 渊，等.750 kV高压并联电抗器局放检测异常分析图6综合监测系统局部放电检测结果Fig.6Partial discharge detection results of integrated monitoring system2.2局部放电源定位为了对局放源进行准确定位，采用2个超声传感器来进行局放信号监测，并对局放源进行联合定位。将编号为4与5的2个超声传感器分别布置在油箱壁上，见图7。2个传感器分别位于同一交叉位置的2个箱壁上，传感器4离交叉位置的距离为150cm，传感器5离交叉位置75 cm。图7超声传感器布置示意图Fig.7Layout diagram of ultrasonic sensor通过2个超声传感器的联合定位，判定高压电抗器内部放电性缺陷位置位于高抗上铁轭位置，深度位置距离超声传感器4号和5号分别为1m和1.3m，见图8。通过18天的连续监测，确认该台高压电抗器C相存在明显的局部放电现象，此放电源位于高抗上端部位置，呈现间歇性放电性质。图8放电源位置示意图Fig.8Schematic diagram of discharge power position连续监测记录见图9，连续18天监测内，放电信号共出现12次，平均每次放电时间约为5 h左右，其中12月22日放电信号持续时间最长、幅值最大，达到了11 h，高频信号幅值和超声信号也相对于其他时刻有所增长。之后，放电信号下降至之前水平，并保持稳定。3解体检查及原因分析为了进一步确定故障类型，并确定故障位置，对C相电抗器进行解体。解体图片见图10。在C相高压电抗器下台前进箱进行运输顶紧装置紧固时，发现X柱上磁分路非出线侧靠近旁轭夹件与主铁心上夹件间的接地线，在主铁心夹件端未进行有效接地，接线头与上铁轭拉螺杆垫圈接触，拉螺杆垫圈及对应夹件和绝缘垫圈周围有明显放电痕迹。可见出现了明显的沿面放电现象。此故障位置与超声定位位置基本吻合。812023年8月第59卷第8期图10故障位置图Fig.10Fault location diagram产品设计位置与现场故障位置的对比图片见图11。结合实际状况与过往案例，判断该750 kV电抗器产生乙炔的原因为电抗器内部存在虚接问题，电抗器内部由于长期振动的原因，导致电抗器出现了螺丝脱落，悬浮颗粒造成的油隙打火，内部存在弱垂直分量的沿面滑闪放电。螺丝松动的原因为锁固剂涂覆不规范、螺栓紧固力矩不符合要求。图11产品设计位置与现场故障位置对比Fig.11Comparison between product design location andonsite fault location4结论文中分析了一例750 kV高压并联电抗器典型局部放电故障，通过带电检测和综合监护系统成功捕捉到了电抗器内部间歇性放电信号，进一步明确了微弱乙炔状态下的缺陷类型，并通过综合带电检测和综合监护系统实时监测进行有效结合，全面解决了该台高压电抗器从色谱异常到内部缺陷确认、后期缺陷连续跟踪到后期检修消缺的整个流程问题。结合试验过程、现象分析与解体结果，对此类电抗器异常分析过程提出如下建议：1)利用变压器综合监护系统监测高抗的多种运行参量，可以为电抗器内部缺陷性质的确认提供数据支撑，从而实现对电抗器运行状态的评估分析，并保证高压电抗器的安全可靠运行，为设备管理者提供了科学合理的运维策略。文中案例说明变压器综合监护系统为带电检测后期缺陷处理提供了新的思路和选择。2)针对750 kV高压并联电抗器，加强带电检测工作开展，及时发现问题并提前消除隐患，夹件接地处的检测结果更容易发现潜在绝缘缺陷。可以通过2个超声传感器联合定位的方法确定电抗器内部的放电源。3)加强设备验收，严控现场安装工艺，对电抗器设备内部清洁度、部件材质、螺栓紧固胶等关键部位进行专项检查验收。随着对电力设备可靠性要求越来越高，应加强高压并联电抗器等设备的维护与管理，降低其非计划停运率，对电网的稳定运行有非常重要的意义。为防止类似问题发生，下一步对该隐患开展全面排查。图9超声传感器连续监测记录Fig.9Continuous monitoring record of ultrasonic sensor82参考文献：1左亚芳.GIS设备运行维护及故障处理M.北京：中国电力出版社，2013ZUO Yafang.Operation maintenance and troubleshooting ofGIS equipmentM.Beijing：China Electric Power Press，2013.2臧旭，马宏忠，吴金利，等.基于振动原理的GIS母线导电杆松动故障分析与诊断J.电力系统保护与控制，2021，49(9)：1220.ZANG Xu，MA Hongzhong，WU Jinli，et al.Analysis anddiagnosis of a GIS bus conductor loosening based onmechanical vibrationJ.Power System Protection 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