Q GDW 11059.1-2013 气体绝缘金属封闭开关设备局部放电带电测试技术现场应用导则 第1部分 超声波法.pdf
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1、ICS 29.240 Q/GDW 国家电网公司企业标准 Q/GDW 11059.12013 气体绝缘金属封闭开关设备 局部放电带电测试技术现场应用导则 第 1 部分 超声波法 Field application guide for partial discharge on-site testing technology of Gas Insulated Switchgear Part 1: Ultrasonic 2014 - 09 - 01 发布 2014 - 09 - 01 实施 国家电网公司 发布Q/GDW 11059.12013 I 目 次 前言 . . II 1 范围 . . 1 2
2、规范性引用文件 1 3 术语和定义 1 4 符号 . . 2 5 检测原理 . . 2 6 检测仪器要求 . . 3 7 带电检测要求 . . 4 8 带电检测方法 . . 5 附录 A(资料 性附录) 超声检测数据解析 7 附录 B(资料 性附录) 超声测试典型图谱 9 附录 C(资料 性附录) 检测数据记录表 . 17 编制说明 . . 18 Q/GDW 11059.12013 II 前 言 为规范气体绝缘金属封闭开关设备的超声波局部放电检测技术现场应用方法,提高应用效果,促进超声波局部放电技术在 GIS 类设备中的应用,提高 GIS 类设备的运行可靠性,制定本部分。 气体绝缘金属封闭开关
3、设备局部放电带电测试技术现场应用导则标准分为 2 个部分: 第 1 部分:超声波法; 第 2 部分:特高频法。 本部分为气体绝缘金属封闭开关设备局部放电带电测试技术现场应用导则标准的第 1 部分。 本部分由国家电网公司运维检修部提出并解释。 本部分由国家电网公司科技部归口。 本部分起草单位:中国电力科学研究院、国网北京市电力公司、国网福建省电力有限公司、国网重庆市电力公司、北京国电迪扬电气设备有限公司。 本部分主要起草人:杨圆、阎春雨、焦飞、是艳杰、毕建刚、杜鹏、陈新、印华、弓艳朋、杨宁、袁帅、王峰、吴立远、孟楠、邓彦国、姚巍、张维、王克龙。 本部分首次发布。 Q/GDW 11059.1201
4、3 1 气体绝缘金属封闭开关设备局部放 电带电测试技术现场应用导则 第 1 部分 超声波法 1 范围 本部分规定了GIS超声波局部放电检测原理、检 测仪器要求、带电检测要求及方法、检测周期、检测步骤和结果分析原则。 本部分适用于国家电网公司所属各单位的35kV 及以上气体绝缘金属封闭开关设备(以下简称GIS设备)的超声波局部放电现场检测,罐式断路器和HGIS可参照执行。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件, 仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 DL/T 417 2006 电力设备局部放电
5、现场测量导则 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 局部放电 partial discharge 设备绝缘系统中部分被击穿的电气放电,这种放电可以发生在导体(电极)附近,也可发生在其他位置。 注:导体(电极)周围气体中的局部放电有时称为“电晕”,这一名词不适用于其他形式的局部放电。“游离”是指原子与分子等形式的电离,通常不应把“游离”这一广义性名词用来表示局部放电。 DL/T 417 2006,术语和定义 3.1 3.2 超声波 ultrasonic 信号频率为高于 20 kHz的声波。 3.3 局部放电的超声波检测 ultrasonic detection of partia
6、l discharge 对因局部放电而产生的频率介于 20kHz 200kHz区间的声信号进行采集、分析、判断的一种检测方法。 3.4 带电检测 live test Q/GDW 11059.12013 2 一般采用便携式检测设备,在运行状态下,对设备状态量进行的现场检测,其检测方式为带电短时间内检测,有别于长期连续的在线监测。 生变电 201011号,术语和定义 3.1 4 符号 下列符号适用于本文件。 4.1 dB: 表明局部放电信号的强度的一种形式,采用信号幅值与基准值的比值的对数来表征,即 20 log(信号幅值 /基准值 ) ,单位为 dB。 4.2 mV: 表明局部放电信号的强度的一
7、种形式,直接采用毫伏值来表征信号强度。 4.3 V: 表明局部放电信号的强度的一种形式,直接采用微伏值来表征信号强度。 4.4 dBmV: 用于表征相对于基准值为 1mV局部放电量 dB量值的表示法,例如某一信号的实际幅值为1mV,则其分贝值为 20 log(1mV/ 1mV) = 0分贝毫伏( dBmV)。 4.5 dBV: 用于表征相对于基准值为 1 V局部放电量 dB量值的表示法,例如某一信号的实际幅值为 1 V,则其分贝值为 20 log(1 V/ 1 V) = 0分贝微伏( dB V)。 5 检测原理 GIS的超声波局部放电检测法基本原理是通过超声波传感器对 GIS中发生局部放电时产
8、生的超声波信号进行检测,从而获得局部放电的相关信息,实现局部放电检测和 GIS设备。 图1 毛刺电晕放电超声波检测示意图 GIS设备内部常见毛刺电晕放电、悬浮电位放电和金属颗粒等故障会激发超声波信号,可以通过放置在 GIS 外壳上的超声波传感器进行检测,通过检测到的超声波信号来诊断 GIS内部局部放电故障,通Q/GDW 11059.12013 3 常用 dBmV、 mV等单位来表征超声波信号强度。 GIS中常见几种典型局部放电故障的超声波检测示意图分别如下图 1图 3。超声波定位方法是利用放电产生的超声信号和电脉冲信号之间的时延,或直接利用各超声信号的时延、超声波信号强度等方法来进行定位。 图
9、2 悬浮电位放电超声波检测示意图 图3 自由颗粒超声波检测示意图 6 检测仪器要求 6.1 仪器构成 GIS超声波局部放电检测系统由超声波传感器、数据采集单元和数据处理单元等组成。超声波局部放电检测系统组成框图如下图 4。 图4 超声波局部放电检测系统示意图 6.2 功能要求 6.2.1 基本功能 a) 可显示信号幅值大小; b) 报警阈值可设定; Q/GDW 11059.12013 4 c) 检测仪器具备抗外部干扰的功能; d) 测试数据可存储于本机并可导出; e) 可充电电池供电,充满电单次供电时间不低于 4 小时。 6.2.2 高级功能 a) 应具有图谱显示功能; b) 可对常见的缺陷如
10、毛刺电晕放电、悬浮电位放电和自由颗粒等进行缺陷类型判断; c) 具备工频参考相位同步功能; d) 具有局部放电定位功能。 6.3 主要技术指标 6.3.1 使用条件 a) 环境温度: 10 +55; b) 环境相对湿度: 0% 85%; c) 大气压力: 80kPa 110kPa。 6.3.2 性能要求 a) 检测频率范围: 20kHz 200kHz; b) 测量量程: 0 dBmV 60 dBmV; c) 分辨率: -40dBmV; d) 误差:不超过 20dBmV。 7 带电检测要求 7.1 人员要求 a) 了解 GIS 设备的结构特点、工作原理、运行状况和导致设备故障分析的基本知识; b
11、) 熟悉超声波局部放电检测的基本原理、诊断程序和缺陷定性的方法,了解超声波局部放电检测仪的工作原理、技术参数和性能,掌握超声波局部放电检测仪的操作程序和使用方法; c) 熟悉本部分,接受过气体绝缘金属封闭开关设备超声波局部放电带电测试的培训,具备现场测试能力; d) 具有一定的现场工作经验,熟悉并能严格遵守电力生产和工作现场的相关安全管理规定。 7.2 安全要求 a) 应严格执行国家电网安监 2009664 号国家电网公司电力安全工作规程(变电部分)的相关要求; b) 应严格执行发电厂、变 (配 )电站巡视的要求; c) 检测至少由两人进行,并严格执行保证安全的组织措施和技术措施; d) 应有
12、专人监护,监护人在检测期间应始终行使监护职责,不得擅离岗位或兼职其他工作; e) 应确保操作人员及测试仪器与电力设备的高压部分保持足够的安全距离; f) 应避开设备防爆口或压力释放口; Q/GDW 11059.12013 5 g) 测试现场出现明显异常情况时(如异音、电压波动、系统接地等),应立即停止测试工作并撤离现场。 7.3 检测条件要求 a) 被检设备是带电运行设备,应尽量避开视线中的封闭遮挡物,如门和盖板等; b) GIS 设备为额定气体压力,在 GIS 设备上无各种外部作业; c) 金属外壳应清洁、无覆冰等; d) 进行检测时应避免干扰源和大型设备振动及人员频繁走动带来的影响; e)
13、 进行室外检测时,应避免雨、雪、雾、露等湿度大于 85%的天气条件对 GIS 设备外壳表面的影响,并记录背景噪声。 8 带电检测方法 8.1 检测周期 a) 应在设备投运后或 A 类检修后 1 周内进行一次运行电压下的超声波局部放电检测,记录每一测试点的测试数据作为初始数据,今后运行中测试应与初始数据进行比对; b) 550kV( 363kV)及以上电压等级设备半年一次, 252kV 及以下电压等级设备一年一次; c) 检测到 GIS 有异常信号但不能完全判定时,可根据 GIS 设备的运行工况,缩短检测周期,增加检测次数,并分析信号的特点和发展趋势,必要时采用 SF6 分解物检测等方法进行综合
14、判别; d) 必要时,对重要部件(如断路器、隔离开关、母线等)进行重点检测; e) 对于运行年限超过 15 年以上的 GIS 设备,宜考虑缩短检测周期。 8.2 检测准备 a) 检查仪器完整性,确认仪器能正常工作,保证仪器电量充足或者现场交流电源满足仪器使用要求; b) 检查现场试验区域,确保试验区域满足安全要求; c) 检测试验环境是否符合测试要求。 8.3 检测步骤 a) 背景噪声测试。背景噪声一般为停电状态下的测试数据,也可在设备运行状态下将仪器调节到最小量程,传感器悬浮于空气中,测量空间背景噪声值并记录。背景噪声仅来自环境、仪器和放大器自身,一般有效值和峰值小而幅值稳定; b) 测试点
15、选取。对于 GIS 设备,在断路器断口处、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、导体连接部件等处均应设置测试点。一般在 GIS 壳体轴线方向每间隔 0.5m 左右选取一处, 测量点尽量选择在隔室侧下方。 对于较长的母线气室, 可适当放宽检测点的间距;应保持每次测试点的位置一致,以便于进行比较分析; c) 传感器放置。在传感器与测点部位间应均匀涂抹专用耦合剂并适当施加压力,以尽可能减小检测信号的衰减。测量时传感器应与 GIS 壳体保持相对静止,在精确测量时采用绑定固定传感器的方式进行; d) 测试时间。普测时测试时间不少于 15 秒,如有异常进行精确测量或者定位测量时,测试时间不少
16、于 30 秒,进行多次测量并对多组测量数据进行幅值对比和趋势分析; Q/GDW 11059.12013 6 e) 数据存储。如存在异常信号,则应在该隔室进行多点检测,且在该处壳体圆周上至少选取三个点进行比较,查找信号最大点的位置。对测试数据应及时存储,并进行分析诊断。 8.4 结果分析原则 8.4.1 一般性原则 统筹考虑测试数据的突变性、相邻测试点数据是否存在有规律的衰减性、信号传输的时延性、信号的重复性、横向对比结果(对比 A、 B、 C三相同样部位的测量结果)等测试信息,确定是否存在放电。 8.4.2 缺陷部位确定 利用声声定位 /声电定位等方法,根据不同布置位置传感器检测信号的强度变化
17、规律和时 延规律来确定缺陷部位,一般先确定缺陷位于哪个仓、再精确定位到高压导体 /壳体等部位 ,具体分析方法见附录A。 8.4.3 缺陷类型识别 可以根据超声波检测信号的 50Hz和 100Hz频率相关性、信号幅值水平以及信号的相位关系 ,进行缺陷类型识别,具体分析方法见附录 A。 8.4.4 辅助数据分析建议 8.4.4.1 无异常数据特征 无异常的 GIS 测量结果应该与背景接近, 50Hz/100Hz 相关性(一个工频周期出现 1 次 /2 次放电的概率)信号基本为零或与背景接近;对正常数据进行统计学分析,分析信号分布规律。 8.4.4.2 异常信号处理 若检测到异常信号,可借助其它检测
18、仪器(如特高频局放检测仪、示波器、频谱分析仪以及 SF6分解物检测分析仪),对异常信号进行相位分析,并判断放电的类型,根据不同的判据对 GIS 进行危险性评估。 8.4.4.3 典型局部放电图谱及数据记录 超声波局部放电测试典型图谱见附录 B。检测数据记录表参考格式见附录 C。 Q/GDW 11059.12013 7 A A 附 录 A (资料性附录) 超声检测数据解析 A.1 缺陷部位判断依据 A.1.1 多传感器定位法 利用时延方法实现空间定位。在疑似故障部位利用多个传感器同时测量,并以信号首先到达的传感器作为触发信号源,就可以得到超声波从放电源至各个传感器的传播时间,再根据超声波在 GI
19、S 媒质中的传播速度和方向,就可以确定放电源的空间位置。 A.1.2 单传感器定位法 移动传感器,测试气室不同的部位,找到信号的最大点,对应的位置即为缺陷点。并通过以下两种方法判断缺陷在罐体或中心导体上: 方法一:通过调整测量频带的方法,将带通滤波器测量频率从 100kHz 减小到 50kHz,如果信号幅值明显减小,则缺陷应在壳体上;信号水平基本不变,则缺陷位置应在中心导体上。 方法二:如果信号水平的最大值在 GIS 罐体表面周线方向的较大范围出现,则缺陷位置应在中心导体上。如果最大值在一个特定点出现,则缺陷应在壳体上。 A.2 缺陷类型判断依据 缺陷类型判断依据见表 A.1。 表 A.1 缺
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