氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)（GIS）狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

曾慶全

摘 要：氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)（GIS）的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，是合理制定電力設(shè)備檢修和控制策略的基礎(chǔ)。本文總結(jié)了GIS主要的故障類型，重點(diǎn)是絕緣性故障和氣體故障，介紹了工程中GIS狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用狀況，并提出了具體建議。

關(guān)鍵詞：氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；絕緣性故障；氣體故障

1 引言

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

2 GIS設(shè)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(shè)備性質(zhì)相同的故障，如GIS設(shè)備的機(jī)械部分、斷路器操作機(jī)構(gòu)等；GIS設(shè)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(biāo)。GIS設(shè)備需要經(jīng)常補(bǔ)充絕緣氣體，氣體泄漏嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備停運(yùn)。同時(shí)，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(shè)備，氣體含水量較高的重要原因是導(dǎo)致絕緣子擊穿或其他絕緣部分。

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

（3）內(nèi)部組件失敗。GIS內(nèi)部組件包括斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、避雷器、套管、總線等。

3 GIS設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用狀況

3.1 開(kāi)關(guān)動(dòng)作特性監(jiān)測(cè)

（1）電流波形監(jiān)測(cè)。在CT二次回路、斷路器二次分合閘回路和電機(jī)儲(chǔ)能回路上附加配置穿芯式電流互感器，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)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(chǔ)能電機(jī)工作電流數(shù)據(jù)。

（2）速度特性監(jiān)測(cè)。采用在CT兩個(gè)額外配置的核心式電流互感器、斷路器關(guān)閉時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)。

3.2 絕緣件絕緣監(jiān)測(cè)

（1）紅外測(cè)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(lái)監(jiān)測(cè)物體溫度。由于GIS外面的金屬外殼屏蔽了內(nèi)部導(dǎo)體的溫度輻射，所以紅外測(cè)溫對(duì)GIS設(shè)備內(nèi)部器件適用度不高，但對(duì)與GIS連接的電纜觸頭處的溫度監(jiān)測(cè)應(yīng)用廣泛。

（2）局部放電定位。該方法是利用GIS設(shè)備內(nèi)部各元件局部放電時(shí)所具有的聲、波、電等信號(hào)特征確定局部放電發(fā)生位置的技術(shù)，定位準(zhǔn)確度較高，能夠有針對(duì)性地對(duì)設(shè)備采取補(bǔ)救措施，提高工作效率。目前應(yīng)用中常用的GIS現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)技術(shù)主要有超聲波法和超高頻法。

3.3 氣體檢測(cè)技術(shù)

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

（2）微水含量檢測(cè)。微水含量較高時(shí)會(huì)影響設(shè)備的絕緣強(qiáng)度，在發(fā)生局部放電、電暈放電等情況下易導(dǎo)致氣體分解，產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，腐蝕設(shè)備，影響正常工作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐山^緣擊穿。常用檢測(cè)方法是：使用便攜式微水測(cè)量?jī)x器。

（3）分解物檢測(cè)。氣體分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，能夠保持其良好的物理化學(xué)性質(zhì)。然而當(dāng)溫度過(guò)高達(dá)到200℃以上或者存在電弧放電情況時(shí)，氣體分解，會(huì)產(chǎn)生有毒腐蝕性物質(zhì)。常用檢測(cè)方法是：氣相色譜法、紅外譜圖法、檢測(cè)管法、動(dòng)態(tài)離子法等。

4 GIS狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用的建議

電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)在延長(zhǎng)維護(hù)檢修周期、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、減少和預(yù)防突發(fā)性、破壞性事故、減少停電時(shí)間等方面起著極為重要的作用。隨著GIS設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，GIS狀態(tài)評(píng)估的規(guī)范性及準(zhǔn)確性也不斷提高。結(jié)合對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的研究，提出以下具體建議。

（1）使用便攜式手段對(duì)GIS進(jìn)行定期巡視檢查。制定設(shè)備維護(hù)方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)在運(yùn)行維護(hù)人員日常巡檢的工作內(nèi)容添加對(duì)GIS局部放電的檢測(cè)，定期檢查設(shè)備的絕緣狀態(tài)?？梢允褂贸暡ㄌ綔y(cè)器的盆式絕緣子GIS設(shè)備、法蘭和其他關(guān)鍵部件進(jìn)行測(cè)試；加強(qiáng)密封的密度繼電器檢查，通過(guò)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(hào)，利用GIS綜合措施準(zhǔn)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(shí)報(bào)告安排停電檢修，如果發(fā)現(xiàn)微水水平，應(yīng)該檢查是否漏氣發(fā)生在同一時(shí)間，并分析微水位的原因。

（2）使用綜合手段對(duì)GIS進(jìn)行故障診斷。為準(zhǔn)確識(shí)別GIS設(shè)備缺陷的位置，首先使用超聲局部放電檢測(cè)儀在檢測(cè)到的異常區(qū)域內(nèi)逐點(diǎn)仔細(xì)檢測(cè)，找到異常信號(hào)最為強(qiáng)烈的點(diǎn)進(jìn)行初步分析。由于在GIS內(nèi)部，異常的超聲信號(hào)不僅僅是由于局部放電，設(shè)備零件的沖電脈參考性的機(jī)械振動(dòng)同樣異常，信號(hào)出現(xiàn)了，使得單純依靠高密度局部放電檢測(cè)儀不能準(zhǔn)確判定故障類型，他通過(guò)超高頻法對(duì)該區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)并確定到底是局部放電是內(nèi)部崩潰了；最后將探測(cè)到的異常信號(hào)最為強(qiáng)烈的點(diǎn)和設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖比對(duì)分析，確定故障位置。為了提高變電站運(yùn)行可靠性，針對(duì)一些少數(shù)重要的設(shè)備可考慮在GIS上直接配置局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，持續(xù)在線監(jiān)測(cè)GIS局部放電狀況。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)GIS運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，可以制定合理的設(shè)備狀態(tài)檢修和控制策略。長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)積累了大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)制定統(tǒng)一判斷標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)GIS主要監(jiān)測(cè)量的分析判斷GIS所處的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，采取有針對(duì)性的補(bǔ)救措施，防止缺陷嚴(yán)重化。對(duì)于超過(guò)壽命周期但運(yùn)行狀態(tài)良好的設(shè)備，也應(yīng)制定計(jì)劃進(jìn)行周期性的檢修，及時(shí)更換必要的電器元件，以消除內(nèi)在隱患，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，隨著新型傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、設(shè)備制造工藝水平的進(jìn)步，帶電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在故障識(shí)別、預(yù)防等方面正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

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