GIS絕緣故障的監測與診斷

邱翠婷

摘 要：GIS發生故障時通常表現為內部絕緣故障，常見故障類型可以分為自由微粒、懸浮電位、尖端放電和絕緣子缺陷四種。GIS的絕緣故障在線監測和診斷方法有很多，其中超高頻診斷方法是最常見的一種。本文對GIS絕緣故障的監測與診斷方法進行了綜述，并且重點分析了超高頻診斷方法，總結了這四種絕緣故障的圖譜及它們各自的特點。分析表明：超高頻診斷方法在實際應用中占有十分重要的地位，能夠確保GIS設備安全穩定運行。

關鍵詞：GIS；絕緣故障；超高頻診斷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.010

1 引言

GIS的別名叫做氣體絕緣變電站，它是一種由金屬封閉起來的開關設備。GIS里面的電器元件之間用SF6氣體進行絕緣填充[1]。相對于其它開關設備而言，GIS空間利用率高、占地面積小，并且由于SF6出色的絕緣性能而顯示出較高的可靠性，因此成為目前電網中的重要部件之一。但是目前電網故障率一直保持較高水平，GIS一旦出現故障將造成大規模停電事故。所以，保證GIS的安全運行至關重要。

GIS故障時，內部絕緣出現問題的可能性比較大。據經驗可知，絕緣部分產生故障的原因可以分為：（1）澆鑄件內部缺陷損傷；（2）自由金屬微粒引發放電現象；（3）突出物引發電暈放電；（4）觸頭接觸不良引起火花放電。當GIS內部絕緣部分發生故障時，需要通過物理或者化學等在線監測和診斷方法進行及時處理，以便快速采取有效措施排除故障保證電網的安全穩定運行。

2 GIS絕緣故障監測與診斷方法

針對GIS絕緣故障，可以通過化學法、振動法、電氣法等對故障類型及原因進行診斷，以便對GIS運行中一些不利因素進行科學認識了解，使GIS的運行更加穩定可靠。

化學法是通過分析放電現象中SF6氣體發生化學反應后的氣體組分來判斷故障類型[2]。但是目前國內外仍然缺乏科學的判斷標準，使得化學診斷方法依舊處于可行性探討階段。振動法是通過分析局部放電現象中的振動信號來診斷故障類型，其中用于分析的振動信號由超聲波傳感器來接收。振動法也稱為超聲波法，目前有關超聲波法的研究相對較少，頻率范圍特征還不是很明顯。超聲波法目前的優勢主要體現在放電源定位上，但是對于一些絕緣故障放電類型還存在判定盲區，因此需要通過其他監測方法配合進行。電氣法通過在測量阻抗施加電壓來獲得電氣量變化信息，根據電氣量信息診斷故障類型。脈沖放電診斷和超高頻診斷是電氣法中最為常見的兩種。但是脈沖診斷方法抗干擾能力差，容易受電磁干擾影響，并且無法定位放電源，通常在診斷前期用于判斷是否存在局部放電現象。

3 超高頻在線監測與診斷方法

3.1 超高頻診斷原理

進行GIS絕緣故障診斷的首要任務為提取待分析的現場信號。采用超高頻在線診斷方法時，現場信號由超高頻探頭接收，超高頻探頭既可以安裝在GIS內部也可以安裝在GIS外部。超高頻探頭可以接收GIS局部故障發出的頻率為500-3000MHz的超高頻電磁波信號。接收到的電磁波信號經過處理后可以輸出超高頻和超高頻檢波兩種信號。經過檢波后，其中的超高頻信號可以得到一個單極性寬脈沖信號，該信號便為最終觀察信號。通過觀察信號，可以得知局放信號的大小、相位、放電次數及放電信號波形特征，根據這些信息便可對GIS內部絕緣故障進行具體診斷。

3.2 超高頻局部信號特征

得到的GIS絕緣故障超高頻信號的圖譜特征為：（1）尖端放電故障時，當施加電壓達到峰值附近時，將會出現一個比較大的局放脈沖，施加電壓的增高會使得頻度上升，而對放電量的影響卻不明顯；（2）懸浮電位故障時，放電量在正負半周期內具有對稱性，施加電壓增加時，頻度增加而幅值保持不變；（3）自由微粒故障時，放電具有規律性，電場分布卻不再均勻而顯現出一定的負電極性；（4）絕緣子故障時，放電同樣具有對稱性，在施加電壓的幅值絕對值上升部分出現放電脈沖的概率比較大。

GIS絕緣故障的診斷需要充分利用局部放電信號的幅值和相位信息。因此，在判斷時應該重點關注局放信號的幅值大小及其規律性，應該關注局放信號是不是在正負半周都存在以及是發生在上升沿還是發生在下降沿。

3.3 超高頻法的現場應用

現場應用時，超高頻探頭一般都是安置在盆式絕緣子處，然后檢測超高頻信號，待檢測的信號為超高頻電磁波信號。為了保證監測和診斷的精度，在利用超高頻方法時一般還加以其他方法輔助進行，比如在檢測電信號的同時還應同時檢測聲信號。

案例：某電站的GIS發生故障時，用PDM2000進行了現場測試，其圖譜為：

根據超高頻監測方法對故障進行診斷分析，可以發現該放電現象具有對稱性，并且幅值基本保持不變，由圖譜特征判斷該故障可能是由于內部零件松動導致的接觸不良，后經解體可以確定為彈墊松動故障。

4 結論

本文對GIS絕緣故障的監測和診斷方法進行分析，說明了化學法、振動法和電氣法診斷的優缺點，并且重點研究了超高頻診斷方法，對超高頻診斷方法的實現原理、不同絕緣故障的信號特征以及現場應用情況進行了分析。結合實例可以得出，超高頻診斷方法可以為GIS絕緣故障的現場診斷提供有力支持。

參考文獻：

[1]雷國忠.GIS絕緣故障的監測與診斷[D].重慶：重慶電力高等專科學校，2011.

[2]王謝燕，李迅，哎芋.GIS局部放電在線檢測技術的應用[J].能源技術，2012（01）：21-23.