氣體絕緣金屬封閉開關（GIS）狀態(tài)監(jiān)測技術研究

曾慶全

摘 要：氣體絕緣金屬封閉開關（GIS）的狀態(tài)監(jiān)測，是合理制定電力設備檢修和控制策略的基礎。本文總結了GIS主要的故障類型，重點是絕緣性故障和氣體故障，介紹了工程中GIS狀態(tài)監(jiān)測技術的應用狀況，并提出了具體建議。

關鍵詞：氣體絕緣金屬封閉開關；狀態(tài)監(jiān)測；絕緣性故障；氣體故障

1 引言

GIS是將變電站內除變壓器以外的一次元件，如罐式斷路器、隔離/接地開關、電流互感器、電壓互感器、避雷器等集成為一體，內部充絕緣氣體作為絕緣及滅弧介質的新型封閉式開關設備。雖然GIS設備具有較高的安全可靠性，但在實際工程中仍不可避免地會出現(xiàn)各種類型的故障。而且由于GIS設備內部氣體壓力較高，一旦發(fā)生事故，對設備本身及周邊其他電力設備都將會造成不可估量的損失，進而嚴重影響電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。

2 GIS設備主要故障類型

GIS的主要故障類型可分為兩類：與傳統(tǒng)設備性質相同的故障，如GIS設備的機械部分、斷路器操作機構等；GIS設備的特有故障。特有故障主要包括以下幾種。

（1）氣體故障。包括氣體泄漏故障和氣體微水超標。GIS設備需要經常補充絕緣氣體，氣體泄漏嚴重時將會導致設備停運。同時，氣體泄漏往往伴隨著氣體微顯得多余的水的現(xiàn)象，分支的大氣水的泄漏逐漸滲透到設備，氣體含水量較高的重要原因是導致絕緣子擊穿或其他絕緣部分。

（2）內部放電。盆沿表面局部放電，直到崩潰或絕緣子表面閃絡，動態(tài)和靜態(tài)接觸機械磨損、電弧引起的殘留金屬碎片在設備內部，如氣體室內高壓磨表面的導體和絕緣外殼、電纜之間的電暈放電距離太小或內部松散的聯(lián)系。

（3）內部組件失敗。GIS內部組件包括斷路器、隔離開關、負荷開關、接地開關、避雷器、套管、總線等。

3 GIS設備狀態(tài)監(jiān)測應用狀況

3.1 開關動作特性監(jiān)測

（1）電流波形監(jiān)測。在CT二次回路、斷路器二次分合閘回路和電機儲能回路上附加配置穿芯式電流互感器，經過數(shù)學換算得到精確程度較高的斷路器分合閘線圈工作電流及儲能電機工作電流數(shù)據(jù)。

（2）速度特性監(jiān)測。采用在CT兩個額外配置的核心式電流互感器、斷路器關閉時間點數(shù)據(jù)。

3.2 絕緣件絕緣監(jiān)測

（1）紅外測溫。該方法使用紅外溫度傳感器，利用物體向外輻射紅外能量來監(jiān)測物體溫度。由于GIS外面的金屬外殼屏蔽了內部導體的溫度輻射，所以紅外測溫對GIS設備內部器件適用度不高，但對與GIS連接的電纜觸頭處的溫度監(jiān)測應用廣泛。

（2）局部放電定位。該方法是利用GIS設備內部各元件局部放電時所具有的聲、波、電等信號特征確定局部放電發(fā)生位置的技術，定位準確度較高，能夠有針對性地對設備采取補救措施，提高工作效率。目前應用中常用的GIS現(xiàn)場帶電檢測技術主要有超聲波法和超高頻法。

3.3 氣體檢測技術

（1）壓力檢測。氣體壓力可以表征斷路器的氣密性從而間接反映絕緣強度。檢測方法主要是使用密度繼電器或現(xiàn)場巡視壓力表。

（2）微水含量檢測。微水含量較高時會影響設備的絕緣強度，在發(fā)生局部放電、電暈放電等情況下易導致氣體分解，產生有毒有害物質，腐蝕設備，影響正常工作，嚴重時甚至會造成絕緣擊穿。常用檢測方法是：使用便攜式微水測量儀器。

（3）分解物檢測。氣體分子結構穩(wěn)定，在設備正常運行時，能夠保持其良好的物理化學性質。然而當溫度過高達到200℃以上或者存在電弧放電情況時，氣體分解，會產生有毒腐蝕性物質。常用檢測方法是：氣相色譜法、紅外譜圖法、檢測管法、動態(tài)離子法等。

4 GIS狀態(tài)監(jiān)測技術應用的建議

電力設備狀態(tài)監(jiān)測在延長維護檢修周期、延長設備使用壽命、減少和預防突發(fā)性、破壞性事故、減少停電時間等方面起著極為重要的作用。隨著GIS設備狀態(tài)監(jiān)測技術的不斷發(fā)展，GIS狀態(tài)評估的規(guī)范性及準確性也不斷提高。結合對現(xiàn)有技術的研究，提出以下具體建議。

（1）使用便攜式手段對GIS進行定期巡視檢查。制定設備維護方案時，應當在運行維護人員日常巡檢的工作內容添加對GIS局部放電的檢測，定期檢查設備的絕緣狀態(tài)?？梢允褂贸暡ㄌ綔y器的盆式絕緣子GIS設備、法蘭和其他關鍵部件進行測試；加強密封的密度繼電器檢查，通過觀察壓力表讀數(shù)儀器，判斷是否有漏氣現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)不尋常的超聲波信號，利用GIS綜合措施準確判斷和處理異常部分；如果發(fā)現(xiàn)壓力表讀數(shù)偏低，氣體泄漏，操作維修人員需要及時報告安排停電檢修，如果發(fā)現(xiàn)微水水平，應該檢查是否漏氣發(fā)生在同一時間，并分析微水位的原因。

（2）使用綜合手段對GIS進行故障診斷。為準確識別GIS設備缺陷的位置，首先使用超聲局部放電檢測儀在檢測到的異常區(qū)域內逐點仔細檢測，找到異常信號最為強烈的點進行初步分析。由于在GIS內部，異常的超聲信號不僅僅是由于局部放電，設備零件的沖電脈參考性的機械振動同樣異常，信號出現(xiàn)了，使得單純依靠高密度局部放電檢測儀不能準確判定故障類型，他通過超高頻法對該區(qū)域進行檢測并確定到底是局部放電是內部崩潰了；最后將探測到的異常信號最為強烈的點和設備內部結構圖比對分析，確定故障位置。為了提高變電站運行可靠性，針對一些少數(shù)重要的設備可考慮在GIS上直接配置局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，持續(xù)在線監(jiān)測GIS局部放電狀況。

5 結語

通過對GIS運行狀態(tài)監(jiān)測技術的研究，可以制定合理的設備狀態(tài)檢修和控制策略。長期運行經驗積累了大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)制定統(tǒng)一判斷標準，通過對GIS主要監(jiān)測量的分析判斷GIS所處的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)缺陷，采取有針對性的補救措施，防止缺陷嚴重化。對于超過壽命周期但運行狀態(tài)良好的設備，也應制定計劃進行周期性的檢修，及時更換必要的電器元件，以消除內在隱患，提高電網運行的可靠性。應當說明的是，隨著新型傳感技術、計算機技術、設備制造工藝水平的進步，帶電設備在線監(jiān)測技術在故障識別、預防等方面正發(fā)揮著越來越重要的作用。

參考文獻

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