GIS設備取消例行停電試驗的狀態檢修方法

鄧萬婷，陳 敏，劉 睿

（國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077）

GIS設備取消例行停電試驗的狀態檢修方法

鄧萬婷1，陳 敏1，劉 睿1

（國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077）

以GIS缺陷故障分析、帶電檢測（在線監測）項目分析為依據，研究了GIS設備取消例行停電試驗的可行性。介紹了GIS設備取消例行停電試驗后所采用的狀態檢修方法，能夠在不停電情況下實時、準確、方便地掌握GIS設備運行狀況，制定相應的檢修策略，保證設備的安全可靠運行。

GIS；帶電檢測；例行停電試驗；狀態檢修

0 引言

近年來電網公司開始實施狀態檢修模式【1】，以設備狀態評價為基礎，加強設備狀態檢測，科學制定檢修計劃，將檢修工作重點從設備停電檢修轉移到對設備狀態的檢測、分析和評價、預控，大幅度減少了設備過修、失修，檢修工作量明顯下降，降低了設備檢修、試驗成本，設備可靠性明顯提高。但由于技術的限制，狀態檢修仍然存在停電例行試驗周期。

隨著用電需求和電力設備制造技術的不斷發展，電力設備電壓等級越來越高，容量也越來越大，電網規模的持續擴大，相應的電力設備單臺造價不斷攀升，全面檢修時間不斷延長，人力物力等各項花費也逐步贈加，這與減少停電時間、降低維護成本的電網運營要求及運維人員減少等現狀之間的矛盾不斷加大。為解決這一問題，需進一步發展在線監測和帶電檢測以替代例行停電試驗【2-3】，最終形成基于非停電試驗的狀態檢修模式。

GIS設備是電力設備最主要最重要的設備之一，是最早開展狀態檢修的設備之一。目前，GIS設備巡檢和例行試驗項目包括外觀檢查、氣體密度值檢查、操作機構狀態檢查、紅外熱像檢測、元件試驗等，獲取的設備狀態信息量有限、信息滯后，部分試驗項目需要停電才能開展，影響了供電可靠性，且難以滿足狀態評價和狀態管控的要求。為此，對GIS取消例行停電試驗可行性及相關狀態檢修方法開展了研究，并進行了現場驗證。

1 GIS缺陷故障分析

GIS設備共有十類主要類型故障，包括金屬尖端放電、自由金屬顆粒放電、絕緣表面缺陷（包括盆式絕緣子、絕緣拉桿、支撐絕緣子等絕緣件沿面污穢）、絕緣內部缺陷（包括盆式絕緣子、絕緣拉桿、支撐絕緣子等絕緣件內部空穴）、懸浮電位放電缺陷（內部部件松動）、機械振動缺陷（內部部件松動等）、本體破損（開裂、漏氣）、發熱、操動機構、傳動機構缺陷等。

1）金屬尖端放電。對金屬尖端缺陷而言，超聲波、特高頻局部放電檢測均具有較好的靈敏度，而對于超聲波法而言，需要正對放電位置（軸向、圓周）才能具有最高的靈敏度，特高頻法則不需要。

2）自由金屬顆粒。從絕緣狀態評估的角度出發，自由金屬微粒放電推薦采用超聲波檢測方法，其模式識別及危險程度評估與其他缺陷不同，主要采用飛行譜圖，對其飛行譜圖進行計算，得到飛行高度，進而進行危險程度評估。

3）絕緣表面放電。多年研究結果與檢測經驗表明，對很強的表面放電，距離放電點很近的特高頻內置傳感器會有微弱反應；超聲波法對絕緣表面放電很難檢測出。

4）絕緣內部缺陷。對絕緣內部氣隙缺陷，如在盆式絕緣子上，超聲波、特高頻局部放電檢測均能良好反應，但如在絕緣拉桿等位置，由于超聲波距離較遠，靈敏度會差一些。

5）懸浮電位缺陷。對于懸浮電位放電，其一旦發生放電，往往幅值很大，沒有小放電，這一點從超聲波、特高頻局部放電檢測譜圖上很容易判別。由于其放電幅值很大，易于導致氣體劣化，氣體成分分析也能檢測到異常，所以認為一旦發生這種放電，就需要進行處理。

6）機械振動缺陷。對于機械振動缺陷，一般通過檢測機械振動產生的超聲信號、振動信號、局放信號加以診斷。

7）本體破損（開裂、漏氣）。一般可通過日常巡視密度繼電器或SF6氣體壓力在線監測發現，當發現密度繼電器壓力明顯下降時，采用SF6氣體泄露檢測進行準確定位，找出本體氣體泄露點，及時對漏氣缺陷隱患進行維修處理，有效避免漏氣故障對電力系統的影響。另外，日常SF6氣體泄露帶電檢測也是發現GIS設備本體破損（開裂、漏氣）的重要手段之一。

8）發熱缺陷。對于GIS內部過熱缺陷，除可以通過外部罐體紅外熱像檢測發現外，某些情況下還可以通過SF6氣體分解產物檢測方法檢出。GIS外部過熱缺陷，主要通過外部罐體紅外熱像檢測發現。

9）操動機構、傳動機構缺陷。如果操動機構、傳動機構發生部件松動等缺陷，其機械振動情況可通過超聲波、振動信號檢測方法檢出，若同時伴隨懸浮電位放電情況時，可通過超聲波、特高頻局放檢測發現；如果操動機構、傳動機構存在機械性能缺陷，而未發生明顯機械振動與局部放電時，能通過分合閘線圈電流、儲能電機電流、行程時間曲線等狀態檢測方法檢出。

綜上所述，GIS主要缺陷故障對應的檢測方法見表1。

表1 GIS主要缺陷故障對應的檢測方法Tab.1 GIS main defect and default detection methods

2 帶電檢測（在線監測）項目分析

GIS設備帶電檢測（在線監測）項目主要有：紅外成像檢測、紫外成像檢測、SF6氣體分解產物、純度檢測、SF6氣體溫度、壓力、濕度檢測、SF6氣體泄漏檢測、超聲波局部放電檢測、特高頻局部放電檢測、X射線數字成像檢測、機械特性狀態檢測等。

1）紅外成像檢測。通過紅外檢測的手段能發現GIS設備的發熱缺陷【4】，如外殼未充分接地導致外殼發熱，插頭受潮導致壓力表信號接點盒同類相比溫差較大、跨接銅排連接螺栓發熱、波紋管發熱、氣室連通金屬管發熱、內部觸指發熱導致氣室相間存在明顯溫差、因接觸不良導致套管接頭發熱等。

2）紫外成像檢測。通過紫外成像檢測GIS設備套管放電情況【5-6】，以檢查套管表面污染程度、評估套管是否有絕緣缺陷及其缺陷的程度等。

開展GIS設備局部放電帶電檢測時，可以通過紫外成像檢測GIS設備外部的無線電干擾源，以排除干擾，便于GIS設備內部局部放電缺陷的綜合診斷。

3）SF6氣體分解產物、純度檢測。通過檢測運行SF6電氣設備的分解產物【7-10】，可成功判斷絕緣沿面缺陷、套管分解產物異常、懸浮電位放電、固體絕緣異常發熱等潛伏性缺陷，也能實現事故后的設備故障氣室定位。

4）SF6氣體溫度、壓力、濕度檢測。通過檢測SF6氣體密度值的變化，可以判斷電氣設備是否漏氣。SF6中的水分不僅對電氣設備絕緣性能、開斷性能有影響，而且會對設備內部的金屬件和絕緣件性能產生影響。因此，通過對高壓電氣設備內SF6氣體溫度、壓力、微水含量進行帶電檢測（在線監測），及時、準確掌握電氣設備中SF6氣體狀態，對電力設備的安全可靠運行非常重要。

5）SF6氣體泄漏檢測。SF6氣體泄露檢測能用于GIS設備外部氣體泄露點的檢測與準確定位【11】，例如，GIS設備頂部安裝盤、連接管路砂眼、連接法蘭處等。

6）超聲波局部放電檢測。超聲波局部放電檢測技術可用于GIS設備【12-13】懸浮電位缺陷、絕緣缺陷、電暈缺陷、自由金屬微粒缺陷、及異常機械振動缺陷的檢測。

7）特高頻局部放電檢測。特高頻局放試驗【14-17】通常用于檢測GIS電暈放電，空穴放電，自由金屬顆粒放電和懸浮電位放電等典型的局放信號。

8）X射線數字成像檢測。利用X射線檢測技術對GIS設備進行可視化無損檢測【18-20】，能在不解體設備、不破壞環境情況下實現對GIS設備內部情況直觀、可靠、準確的評價，可檢測出不同的缺陷類型，如工具、裝配件（螺栓、螺母和墊片）、干燥劑散落的異物類缺陷，螺絲未擰緊、屏蔽罩松動、隔離開關合閘不到位、隔離開關分閘不到位的裝配類缺陷和觸頭附近腔體內部散落的金屬顆粒（銅金屬顆粒）、支撐絕緣子內部氣泡、操作絕緣桿松脫的材料類缺陷等。

9）機械性能狀態檢測。通過分合閘線圈電流、儲能電機電流、行程時間曲線等機械性能狀態檢測方法，能夠發現斷路器機械性能缺陷，且這些方法已得到成熟應用。

10）機械振動檢測。基于GIS設備振動情況的檢測，能提前發現潛伏性的機械故障或缺陷（異常機械振動），為GIS設備缺陷診斷及分析提供一種新的思路。

GIS不同帶電檢測（在線監測）項目的用途匯總見表2。

表2 GIS帶電檢測（在線監測）項目能發現的缺陷故障Tab.2 GIS defect and default discovered by energized test(on line monitoring)

由表1和表2可以看出：現有帶電檢測（在線監測）技術能對GIS設備主要缺陷故障做到相對有效的全覆蓋，取消GIS設備例行停電試驗是可行的。

3 GIS取消例行停電試驗狀態檢修方法

將GIS設備取消例行停電試驗所需進行的非停電試驗檢測項目分為非停電例行試驗與診斷試驗，所述非停電例行試驗包括紅外熱像檢測、紫外檢測、超高頻局部放電檢測、超聲波局部放電檢測、SF6氣體濕度檢測、SF6氣體分解物檢測；所述非停電診斷試驗是指巡檢、在線監測、非停電例行試驗等發現設備狀態不良，或經受了不良工況，或受家族缺陷警示，或連續運行了較長時間，為進一步評估設備狀態進行的帶電檢測，包括SF6氣體純度檢測、SF6氣體泄漏檢測、X射線數字成像檢測、機械性能狀態檢測、機械振動檢測。

所述狀態檢修方法按以下流程（見圖1）進行。

1）按照周期要求開展非停電例行試驗，若通過試驗結果，能夠準確掌握設備狀態，則直接制定相應檢修策略；若需進一步分析設備狀態，則繼續開展非停電診斷試驗進行綜合評估。

圖1 GIS取消例行停電試驗的狀態檢修方法流程示意圖Fig.1 GIS condition-based maintenance methods process diagram after canceling routine black-out tests

2）若懷疑SF6氣體質量存在問題，或者配合事故分析時，可選擇性地進行 SF6氣體純度檢測。

若氣體壓力降低、補氣間隔小于2年時，補氣完成后、當氣體密度表顯示密度下降或定性檢測發現氣體泄漏時，進行SF6氣體泄漏檢測。

若通過超聲波、超高頻局部放電檢測或SF6氣體分解物檢測發現異常，且懷疑該缺陷為工具、裝配件、干燥劑散落的異物類缺陷，螺絲未擰緊、屏蔽罩松動、隔離開關合閘不到位、隔離開關分閘不到位的裝配類缺陷和觸頭附近腔體內部散落的金屬顆粒、支撐絕緣子內部氣泡、操作絕緣桿松脫的材料類缺陷，可利用X射線數字成像檢測對GIS設備進行可視化無損檢測，綜合分析判斷。

若懷疑GIS設備斷路器存在機械性能缺陷，可進行分合閘線圈電流、儲能電機電流機械性能狀態檢測。

若懷疑GIS設備斷路器存在潛伏性的機械故障或缺陷，可進行超聲波檢測、基于振動信號的機械振動檢測。

3）根據非停電例行試驗與診斷試驗綜合評估結果，制定相應檢修策略。

檢修策略分為按正常周期開展非停電例行試驗、縮短帶電檢測周期加強跟蹤、停電檢修三種。

進一步的，若檢修策略為停電檢修，則根據需要開展主回路絕緣電阻、主回路電阻測量、主回路交流耐壓試驗、氣體密封性檢測等停電試驗后進行相應檢修處理。

例如，檢測人員對某220 kV GIS開展帶電檢測，在某間隔B相出線的F、G、H三個盆式絕緣子處均測量到較強的特高頻局部放電信號，應用幅值定位法對局部放電信號位置進行初步定位，結果表明，位置G處的異常信號幅值最大。超聲波法和SF6氣體成分分析法均未測量到可疑信號。根據特高頻法測量到的PRPD譜圖，將其初步判斷該放電缺陷為絕緣內部氣隙類放電。然后在存在疑似信號的絕緣子處安裝了局部放電特高頻在線監測系統，進行24 h監控，一直持續3個月后，發現信號在逐步增大，隨即決定解體檢修。對F、G、H盆式絕緣子進行X光探傷、耐壓、局部放電試驗，F、H兩個盆式絕緣子都通過了三項試驗，而G盆子僅通過了耐壓試驗，X光照射發現在其內部澆筑口下部存在一條長約150 mm、直徑約為2 mm的氣隙，其局部放電量為2.37 nC。最后對缺陷盆式絕緣子進行了更換，送電后運行正常。

4 結論

采用多種非停電試驗項目對GIS設備進行帶電檢測，具有獲取設備狀態信息量全面、對主要缺陷故障有效覆蓋等突出優點，避免了現有巡檢和例行試驗項目存在的諸多問題，能夠在不停電情況下實時、準確、方便地掌握GIS設備運行狀況，制定相應檢修策略，保證設備安全可靠運行。

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GIS Condition-based Maintenance Methods after Canceling Routine Black-out Tests

DENG Wanting1,CHEN Min1,LIU Rui1
（State Grid Hubei Electric Power Research Institute,Wuhan Hubei 430077,China）

In this paper,based on the analysis of the GIS fault and energized tests(on line monitoring),the feasibility of the GIS equipment to cancel the routine black-out tests for the GIS equipment is studied.And introduces the GIS condition-based maintenance methods after canceling routine black-out tests are introduced,which can makes it more easier to real-time,accurately and conveniently master the operation conditions of GIS equipment,and formulate the corresponding maintenance strategyies,to ensure safe and reliable operation of the equipment.

GIS；energized test；routine black-out test；condition-based maintenance

TM63

A

1006-3986(2017)03-0019-06

10.19308/j.hep.2017.03.005

2017-02-13

鄧萬婷（1973），女，湖北荊門人，碩士，高級工程師。

國網湖北省電力公司科技項目（521532150007）