變電站室外GIS設(shè)備常見故障處理技術(shù)研究

摘 要：室外GIS設(shè)備是變電站中的核心設(shè)備，其內(nèi)部放電故障將會影響變電站供電安全可靠性。針對GIS設(shè)備故障危害，結(jié)合實際工作經(jīng)驗，對變電站室外GIS設(shè)備內(nèi)部故障發(fā)生的原因和檢測技術(shù)進行歸納總結(jié)，以便提高GIS設(shè)備故障處理效率。最后，結(jié)合變電站GIS設(shè)備I母電流互感器間隔氣室SF6絕緣氣體氣壓下降故障處理實例，對變電站室外GIS設(shè)備故障處理技術(shù)措施進行了詳細分析，從GIS設(shè)備故障處理后投運試驗效果可知，所采取的處理方案正確，故障得到有效處理。

關(guān)鍵詞：變電站； 室外GIS設(shè)備； 電流互感器； 故障處理

中圖分類號：TN91134 文獻標識碼：A 文章編號：1004373X（2012）22018302

0 引 言

GIS高壓組合開關(guān)設(shè)備，在變電站工程中已成為應(yīng)用較為成熟的集成設(shè)備，其在變電站中發(fā)揮非常重要的功能。由于GIS中所有高壓電器設(shè)備均密封在金屬外殼內(nèi)部，當設(shè)備發(fā)生故障時，需要借助各種故障檢測技術(shù)方法來對故障進行診斷和定位，不容易直觀快速查找出設(shè)備故障原因，從而大大影響了GIS設(shè)備故障排查效率，增長了故障檢測和排除時間。因此，對GIS常見故障及其處理措施進行系統(tǒng)歸納研究，以便再遇到類似故障時工作人員能夠快速采取有針對性的檢測方法和故障檢測手段，及早確定故障原因和故障類型，縮短故障排除時間就顯得尤為重要［13］。

1 變電站室外GIS內(nèi)部放電故障產(chǎn)生原因

GIS設(shè)備內(nèi)部主要缺陷包括：固體絕緣材料存在內(nèi)部缺陷，如絕緣子在澆注制造過程中由于制造工藝等原因存在空穴缺陷；GIS設(shè)備內(nèi)殘留一些自由導電微粒雜質(zhì)，如金屬碎屑、金屬顆粒等，這些導電微粒雜質(zhì)大多是在制造、安裝等過程中，由于工藝選擇不到、質(zhì)量監(jiān)管力度不夠不到位等原因造成；GIS設(shè)備內(nèi)部導體表面存在突出物，如毛刺、尖角等，這些突出部位很容易引起GIS設(shè)備發(fā)生電暈放電問題。GIS設(shè)備運行在穩(wěn)定電壓環(huán)境下，通常不會引發(fā)突出物缺陷發(fā)生絕緣擊穿，而在沖擊電壓作用下，就很容易導致缺陷部位發(fā)生絕緣擊穿；導體由于長期熱、磁效應(yīng)作用，出現(xiàn)接觸不良等缺陷。GIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)生的局部放電故障，大多數(shù)與GIS設(shè)備生產(chǎn)廠家和安裝施工單位的質(zhì)量監(jiān)管水平有關(guān)［45］。

2 變電站室外GIS內(nèi)部放電故障常用檢測方法

當GIS設(shè)備發(fā)生局部放電故障時，就可能引起GIS氣室外SF6絕緣氣體在強烈熱效應(yīng)和電流作用下發(fā)生氣體分解或發(fā)光現(xiàn)象。GIS設(shè)備發(fā)生局部放電故障時所引起的物理和化學變化特征，均可以作為GIS局部放電故障檢測信號，也就是通過相應(yīng)的基礎(chǔ)上措施，有效檢測GIS設(shè)備故障時的這些異常特征值，便可以準確可靠的進行GIS設(shè)備故障定位和及其發(fā)展演變情況判斷［6］。

2.1 超高頻檢測法

當GIS高壓組合開關(guān)設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)絕緣故障時，則會伴隨出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，因此，利用局部放電檢測可以有效檢測出GIS設(shè)備發(fā)生的該類型故障。由于GIS設(shè)備結(jié)構(gòu)具有良好波導體特性，UHF（超高頻電信號）可以在這些導體中有效傳播。因此，利用超高頻局部放電檢測方法進行檢測時，當GIS設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)中沒有任何故障阻隔時，電信號衰減極小；而當電信號經(jīng)過不連續(xù)或受阻部位時，如：盆式絕緣子、套管轉(zhuǎn)角、或者T節(jié)點時，電信號就會較小。UHF電信號在經(jīng)過一個絕緣子時，其信號大致衰減3～6 dB。因此，可以利用電信號衰減程來準確檢測出GIS內(nèi)部局部放電故障發(fā)生部位。超高頻局部放電檢測方法在故障檢測故障中，可以有效避開現(xiàn)場存在的電暈干擾，從而提高故障檢測可靠性和故障定位準確性，是目前國內(nèi)外比較常見的檢測方法，且很多變電站在GIS特殊設(shè)備部位已在設(shè)計或技術(shù)改造過程中，安裝了超高頻局部放電實時在線監(jiān)測系統(tǒng)，以確保GIS設(shè)備運行安全可靠性［78］。

2.2 SF6氣體組分分析技術(shù)

在GIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)生放電和過熱故障時，GIS內(nèi)部SF6絕緣氣體就會在強熱等效應(yīng)下，與水分發(fā)生分解作用，就會發(fā)生化學反應(yīng)，生成SOF2，SO2，HF，以及SO2F2等特征氣體，也就是說可以通過相應(yīng)檢測設(shè)備檢測SF6絕緣氣體中的特征氣體的含量，就可以判斷GIS設(shè)備內(nèi)部是否存在故障。但這種方法只能檢測出GIS設(shè)備內(nèi)部是否發(fā)生故障，很難進行故障準確定位。因此，其在變電站GIS設(shè)備故障檢測中的應(yīng)用還有待進一步加深研究。

2.3 紅外測溫技術(shù)

室外GIS設(shè)備在運行過程中，如果出現(xiàn)導體接觸不良、絕緣件絕緣性能下降、金屬罐體渦流、以及感應(yīng)電流流過接觸不良殼體等，就導致GIS設(shè)備出現(xiàn)劇烈發(fā)熱問題。因此，利用具有較高測溫精度的紅外測溫技術(shù)，可以有效發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備內(nèi)發(fā)生的上述故障缺陷。但由于引起GIS內(nèi)部發(fā)熱的因素較多，加上GIS設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復雜，利用單純的紅外測溫技術(shù)進行GIS故障診斷的在線測控系統(tǒng)，還需要進一步加深研究和實踐應(yīng)用完善［9］。

2.4 超聲波檢測技術(shù)

GIS設(shè)備內(nèi)部因絕緣故障而出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象時，故障演變過程中就會伴隨有聲波信號，也就是說可以采用超聲波檢測技術(shù)來檢測GIS設(shè)備內(nèi)部局部放電故障而產(chǎn)生的超聲波信號，且該檢測方法還具有靈敏度高、抗干擾能力強等優(yōu)點，不僅可以對GIS設(shè)備內(nèi)部故障進行有效檢測，同時還可以對放電部位進行準確定位。另外，利用超聲波檢測由于超聲波測技術(shù)，可以對GIS設(shè)備內(nèi)部因元件松動引起的振動現(xiàn)象聲波信號進行動態(tài)檢測，便于變電站檢修維護人員采取有效技術(shù)措施進行故障排除，有效提高GIS設(shè)備運行可靠性［10］。

3 變電站室外GIS設(shè)備故障處理實例分析

3.1 故障現(xiàn)象

某變電站室外GIS設(shè)備在交接試運行過程中，各項技術(shù)參數(shù)均符合要求，于是投入電網(wǎng)進行正式并網(wǎng)運行。但在投運后第3個月，變電站運行人員在正常巡視工作中發(fā)現(xiàn)變電站I母電流互感器間隔氣室中壓力出現(xiàn)偏低現(xiàn)象，同時變電站GIS設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中也發(fā)出氣室壓力偏低報警信號。該氣室的SF6壓力信號已由正常投運時的0.45 MPa降低到0.38 MPa，于是向相關(guān)主管部門上報GIS設(shè)備故障，要求變電站檢修人員到現(xiàn)場對GIS設(shè)備氣壓降低故障進行故障檢測和排除處理。

3.2 故障排除

變電站檢修人員到達現(xiàn)場后，首選利用測量精度較高的專用SF6氣體檢漏儀對I母電流互感器氣室可能存在的泄漏點進行查找。經(jīng)過檢修人員仔細查找后，發(fā)現(xiàn)在I母電流互感器氣室間隔中的U相氣室管路安裝連接部位，存在一泄漏點，于是初步判斷GIS設(shè)備發(fā)生的絕緣氣體壓力下降故障來源于此。認真檢查GIS設(shè)備其他氣室壓力，確認不存在其他泄漏點。

3.3 故障原因分析

變電站檢修人員在對GIS設(shè)備I母電流互感器氣室的歷時運行氣壓數(shù)據(jù)進行研究分析后，結(jié)合GIS設(shè)備氣室漏氣情況，認為I母電流互感器U相連接部位發(fā)生的絕緣氣體泄漏的主要原因，是設(shè)備該連接部件在安裝過程中，沒有做到完全徹底清潔干燥處理，安裝施工質(zhì)量監(jiān)控不到位，導致GIS設(shè)備該部位安裝存在安全隱患，在正式投運后出現(xiàn)SF6絕緣氣體泄漏氣壓下降故障。

3.4 故障處理

在完成所有GIS設(shè)備故障檢修前期準備工作后，并多次確定故障排除現(xiàn)場安全和技術(shù)水平均滿足GIS設(shè)備檢修條件時，檢修人員決定對GIS采取帶電檢修故障處理。首先利用專門檢修工具略微旋松有泄漏點得管路，然后利用GIS設(shè)備氣室外外氣壓差將SF6氣體從管路安裝部位沖出，以帶走安裝過程中預留在金屬殼體處的微塵。在確認該泄漏點部位殘余微塵被徹底吹掉清理完后，立即旋緊管路。在旋緊管路后，對I母電流互感器氣室進行補氣操作，直到該氣室氣壓達到設(shè)計0.45 MPa要求為止，并再用SF6氣體檢漏儀對I母電流互感器氣室間隔進行氣體泄漏檢查，沒有發(fā)現(xiàn)氣體泄漏問題，于是并網(wǎng)運行。再經(jīng)過故障排除后的1個月在線動態(tài)跟蹤觀察后， 發(fā)現(xiàn)該氣室中的SF6氣體壓力