GIS設(shè)備取消例行停電試驗(yàn)的狀態(tài)檢修方法

鄧萬(wàn)婷，陳 敏，劉 睿

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077）

GIS設(shè)備取消例行停電試驗(yàn)的狀態(tài)檢修方法

鄧萬(wàn)婷1，陳 敏1，劉 睿1

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077）

以GIS缺陷故障分析、帶電檢測(cè)（在線監(jiān)測(cè)）項(xiàng)目分析為依據(jù)，研究了GIS設(shè)備取消例行停電試驗(yàn)的可行性。介紹了GIS設(shè)備取消例行停電試驗(yàn)后所采用的狀態(tài)檢修方法，能夠在不停電情況下實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、方便地掌握GIS設(shè)備運(yùn)行狀況，制定相應(yīng)的檢修策略，保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。

GIS；帶電檢測(cè)；例行停電試驗(yàn)；狀態(tài)檢修

0 引言

近年來(lái)電網(wǎng)公司開(kāi)始實(shí)施狀態(tài)檢修模式【1】，以設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，加強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)，科學(xué)制定檢修計(jì)劃，將檢修工作重點(diǎn)從設(shè)備停電檢修轉(zhuǎn)移到對(duì)設(shè)備狀態(tài)的檢測(cè)、分析和評(píng)價(jià)、預(yù)控，大幅度減少了設(shè)備過(guò)修、失修，檢修工作量明顯下降，降低了設(shè)備檢修、試驗(yàn)成本，設(shè)備可靠性明顯提高。但由于技術(shù)的限制，狀態(tài)檢修仍然存在停電例行試驗(yàn)周期。

隨著用電需求和電力設(shè)備制造技術(shù)的不斷發(fā)展，電力設(shè)備電壓等級(jí)越來(lái)越高，容量也越來(lái)越大，電網(wǎng)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，相應(yīng)的電力設(shè)備單臺(tái)造價(jià)不斷攀升，全面檢修時(shí)間不斷延長(zhǎng)，人力物力等各項(xiàng)花費(fèi)也逐步贈(zèng)加，這與減少停電時(shí)間、降低維護(hù)成本的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)要求及運(yùn)維人員減少等現(xiàn)狀之間的矛盾不斷加大。為解決這一問(wèn)題，需進(jìn)一步發(fā)展在線監(jiān)測(cè)和帶電檢測(cè)以替代例行停電試驗(yàn)【2-3】，最終形成基于非停電試驗(yàn)的狀態(tài)檢修模式。

GIS設(shè)備是電力設(shè)備最主要最重要的設(shè)備之一，是最早開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢修的設(shè)備之一。目前，GIS設(shè)備巡檢和例行試驗(yàn)項(xiàng)目包括外觀檢查、氣體密度值檢查、操作機(jī)構(gòu)狀態(tài)檢查、紅外熱像檢測(cè)、元件試驗(yàn)等，獲取的設(shè)備狀態(tài)信息量有限、信息滯后，部分試驗(yàn)項(xiàng)目需要停電才能開(kāi)展，影響了供電可靠性，且難以滿足狀態(tài)評(píng)價(jià)和狀態(tài)管控的要求。為此，對(duì)GIS取消例行停電試驗(yàn)可行性及相關(guān)狀態(tài)檢修方法開(kāi)展了研究，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

1 GIS缺陷故障分析

GIS設(shè)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(nèi)部缺陷（包括盆式絕緣子、絕緣拉桿、支撐絕緣子等絕緣件內(nèi)部空穴）、懸浮電位放電缺陷（內(nèi)部部件松動(dòng)）、機(jī)械振動(dòng)缺陷（內(nèi)部部件松動(dòng)等）、本體破損（開(kāi)裂、漏氣）、發(fā)熱、操動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)缺陷等。

1）金屬尖端放電。對(duì)金屬尖端缺陷而言，超聲波、特高頻局部放電檢測(cè)均具有較好的靈敏度，而對(duì)于超聲波法而言，需要正對(duì)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(tài)評(píng)估的角度出發(fā)，自由金屬微粒放電推薦采用超聲波檢測(cè)方法，其模式識(shí)別及危險(xiǎn)程度評(píng)估與其他缺陷不同，主要采用飛行譜圖，對(duì)其飛行譜圖進(jìn)行計(jì)算，得到飛行高度，進(jìn)而進(jìn)行危險(xiǎn)程度評(píng)估。

3）絕緣表面放電。多年研究結(jié)果與檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)很強(qiáng)的表面放電，距離放電點(diǎn)很近的特高頻內(nèi)置傳感器會(huì)有微弱反應(yīng)；超聲波法對(duì)絕緣表面放電很難檢測(cè)出。

4）絕緣內(nèi)部缺陷。對(duì)絕緣內(nèi)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(cè)均能良好反應(yīng)，但如在絕緣拉桿等位置，由于超聲波距離較遠(yuǎn)，靈敏度會(huì)差一些。

5）懸浮電位缺陷。對(duì)于懸浮電位放電，其一旦發(fā)生放電，往往幅值很大，沒(méi)有小放電，這一點(diǎn)從超聲波、特高頻局部放電檢測(cè)譜圖上很容易判別。由于其放電幅值很大，易于導(dǎo)致氣體劣化，氣體成分分析也能檢測(cè)到異常，所以認(rèn)為一旦發(fā)生這種放電，就需要進(jìn)行處理。

6）機(jī)械振動(dòng)缺陷。對(duì)于機(jī)械振動(dòng)缺陷，一般通過(guò)檢測(cè)機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的超聲信號(hào)、振動(dòng)信號(hào)、局放信號(hào)加以診斷。

7）本體破損（開(kāi)裂、漏氣）。一般可通過(guò)日常巡視密度繼電器或SF6氣體壓力在線監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)密度繼電器壓力明顯下降時(shí)，采用SF6氣體泄露檢測(cè)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，找出本體氣體泄露點(diǎn)，及時(shí)對(duì)漏氣缺陷隱患進(jìn)行維修處理，有效避免漏氣故障對(duì)電力系統(tǒng)的影響。另外，日常SF6氣體泄露帶電檢測(cè)也是發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備本體破損（開(kāi)裂、漏氣）的重要手段之一。

8）發(fā)熱缺陷。對(duì)于GIS內(nèi)部過(guò)熱缺陷，除可以通過(guò)外部罐體紅外熱像檢測(cè)發(fā)現(xiàn)外，某些情況下還可以通過(guò)SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)方法檢出。GIS外部過(guò)熱缺陷，主要通過(guò)外部罐體紅外熱像檢測(cè)發(fā)現(xiàn)。

9）操動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)缺陷。如果操動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生部件松動(dòng)等缺陷，其機(jī)械振動(dòng)情況可通過(guò)超聲波、振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)方法檢出，若同時(shí)伴隨懸浮電位放電情況時(shí)，可通過(guò)超聲波、特高頻局放檢測(cè)發(fā)現(xiàn)；如果操動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)存在機(jī)械性能缺陷，而未發(fā)生明顯機(jī)械振動(dòng)與局部放電時(shí)，能通過(guò)分合閘線圈電流、儲(chǔ)能電機(jī)電流、行程時(shí)間曲線等狀態(tài)檢測(cè)方法檢出。

綜上所述，GIS主要缺陷故障對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方法見(jiàn)表1。

表1 GIS主要缺陷故障對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方法Tab.1 GIS main defect and default detection methods

2 帶電檢測(cè)（在線監(jiān)測(cè)）項(xiàng)目分析

GIS設(shè)備帶電檢測(cè)（在線監(jiān)測(cè)）項(xiàng)目主要有：紅外成像檢測(cè)、紫外成像檢測(cè)、SF6氣體分解產(chǎn)物、純度檢測(cè)、SF6氣體溫度、壓力、濕度檢測(cè)、SF6氣體泄漏檢測(cè)、超聲波局部放電檢測(cè)、特高頻局部放電檢測(cè)、X射線數(shù)字成像檢測(cè)、機(jī)械特性狀態(tài)檢測(cè)等。

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

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

開(kāi)展GIS設(shè)備局部放電帶電檢測(cè)時(shí)，可以通過(guò)紫外成像檢測(cè)GIS設(shè)備外部的無(wú)線電干擾源，以排除干擾，便于GIS設(shè)備內(nèi)部局部放電缺陷的綜合診斷。

3）SF6氣體分解產(chǎn)物、純度檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)運(yùn)行SF6電氣設(shè)備的分解產(chǎn)物【7-10】，可成功判斷絕緣沿面缺陷、套管分解產(chǎn)物異常、懸浮電位放電、固體絕緣異常發(fā)熱等潛伏性缺陷，也能實(shí)現(xiàn)事故后的設(shè)備故障氣室定位。

4）SF6氣體溫度、壓力、濕度檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)SF6氣體密度值的變化，可以判斷電氣設(shè)備是否漏氣。SF6中的水分不僅對(duì)電氣設(shè)備絕緣性能、開(kāi)斷性能有影響，而且會(huì)對(duì)設(shè)備內(nèi)部的金屬件和絕緣件性能產(chǎn)生影響。因此，通過(guò)對(duì)高壓電氣設(shè)備內(nèi)SF6氣體溫度、壓力、微水含量進(jìn)行帶電檢測(cè)（在線監(jiān)測(cè)），及時(shí)、準(zhǔn)確掌握電氣設(shè)備中SF6氣體狀態(tài)，對(duì)電力設(shè)備的安全可靠運(yùn)行非常重要。

5）SF6氣體泄漏檢測(cè)。SF6氣體泄露檢測(cè)能用于GIS設(shè)備外部氣體泄露點(diǎn)的檢測(cè)與準(zhǔn)確定位【11】，例如，GIS設(shè)備頂部安裝盤(pán)、連接管路砂眼、連接法蘭處等。

6）超聲波局部放電檢測(cè)。超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)可用于GIS設(shè)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(jī)械振動(dòng)缺陷的檢測(cè)。

7）特高頻局部放電檢測(cè)。特高頻局放試驗(yàn)【14-17】通常用于檢測(cè)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(hào)。

8）X射線數(shù)字成像檢測(cè)。利用X射線檢測(cè)技術(shù)對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行可視化無(wú)損檢測(cè)【18-20】，能在不解體設(shè)備、不破壞環(huán)境情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS設(shè)備內(nèi)部情況直觀、可靠、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，可檢測(cè)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(dòng)、隔離開(kāi)關(guān)合閘不到位、隔離開(kāi)關(guān)分閘不到位的裝配類缺陷和觸頭附近腔體內(nèi)部散落的金屬顆粒（銅金屬顆粒）、支撐絕緣子內(nèi)部氣泡、操作絕緣桿松脫的材料類缺陷等。

9）機(jī)械性能狀態(tài)檢測(cè)。通過(guò)分合閘線圈電流、儲(chǔ)能電機(jī)電流、行程時(shí)間曲線等機(jī)械性能狀態(tài)檢測(cè)方法，能夠發(fā)現(xiàn)斷路器機(jī)械性能缺陷，且這些方法已得到成熟應(yīng)用。

10）機(jī)械振動(dòng)檢測(cè)。基于GIS設(shè)備振動(dòng)情況的檢測(cè)，能提前發(fā)現(xiàn)潛伏性的機(jī)械故障或缺陷（異常機(jī)械振動(dòng)），為GIS設(shè)備缺陷診斷及分析提供一種新的思路。

GIS不同帶電檢測(cè)（在線監(jiān)測(cè)）項(xiàng)目的用途匯總見(jiàn)表2。

表2 GIS帶電檢測(cè)（在線監(jiān)測(cè)）項(xiàng)目能發(fā)現(xiàn)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(xiàn)有帶電檢測(cè)（在線監(jiān)測(cè)）技術(shù)能對(duì)GIS設(shè)備主要缺陷故障做到相對(duì)有效的全覆蓋，取消GIS設(shè)備例行停電試驗(yàn)是可行的。

3 GIS取消例行停電試驗(yàn)狀態(tài)檢修方法

將GIS設(shè)備取消例行停電試驗(yàn)所需進(jìn)行的非停電試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目分為非停電例行試驗(yàn)與診斷試驗(yàn)，所述非停電例行試驗(yàn)包括紅外熱像檢測(cè)、紫外檢測(cè)、超高頻局部放電檢測(cè)、超聲波局部放電檢測(cè)、SF6氣體濕度檢測(cè)、SF6氣體分解物檢測(cè)；所述非停電診斷試驗(yàn)是指巡檢、在線監(jiān)測(cè)、非停電例行試驗(yàn)等發(fā)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)不良，或經(jīng)受了不良工況，或受家族缺陷警示，或連續(xù)運(yùn)行了較長(zhǎng)時(shí)間，為進(jìn)一步評(píng)估設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行的帶電檢測(cè)，包括SF6氣體純度檢測(cè)、SF6氣體泄漏檢測(cè)、X射線數(shù)字成像檢測(cè)、機(jī)械性能狀態(tài)檢測(cè)、機(jī)械振動(dòng)檢測(cè)。

所述狀態(tài)檢修方法按以下流程（見(jiàn)圖1）進(jìn)行。

1）按照周期要求開(kāi)展非停電例行試驗(yàn)，若通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果，能夠準(zhǔn)確掌握設(shè)備狀態(tài)，則直接制定相應(yīng)檢修策略；若需進(jìn)一步分析設(shè)備狀態(tài)，則繼續(xù)開(kāi)展非停電診斷試驗(yàn)進(jìn)行綜合評(píng)估。

圖1 GIS取消例行停電試驗(yàn)的狀態(tài)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(zhì)量存在問(wèn)題，或者配合事故分析時(shí)，可選擇性地進(jìn)行 SF6氣體純度檢測(cè)。

若氣體壓力降低、補(bǔ)氣間隔小于2年時(shí)，補(bǔ)氣完成后、當(dāng)氣體密度表顯示密度下降或定性檢測(cè)發(fā)現(xiàn)氣體泄漏時(shí)，進(jìn)行SF6氣體泄漏檢測(cè)。

若通過(guò)超聲波、超高頻局部放電檢測(cè)或SF6氣體分解物檢測(cè)發(fā)現(xiàn)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(dòng)、隔離開(kāi)關(guān)合閘不到位、隔離開(kāi)關(guān)分閘不到位的裝配類缺陷和觸頭附近腔體內(nèi)部散落的金屬顆粒、支撐絕緣子內(nèi)部氣泡、操作絕緣桿松脫的材料類缺陷，可利用X射線數(shù)字成像檢測(cè)對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行可視化無(wú)損檢測(cè)，綜合分析判斷。

若懷疑GIS設(shè)備斷路器存在機(jī)械性能缺陷，可進(jìn)行分合閘線圈電流、儲(chǔ)能電機(jī)電流機(jī)械性能狀態(tài)檢測(cè)。

若懷疑GIS設(shè)備斷路器存在潛伏性的機(jī)械故障或缺陷，可進(jìn)行超聲波檢測(cè)、基于振動(dòng)信號(hào)的機(jī)械振動(dòng)檢測(cè)。

3）根據(jù)非停電例行試驗(yàn)與診斷試驗(yàn)綜合評(píng)估結(jié)果，制定相應(yīng)檢修策略。

檢修策略分為按正常周期開(kāi)展非停電例行試驗(yàn)、縮短帶電檢測(cè)周期加強(qiáng)跟蹤、停電檢修三種。

進(jìn)一步的，若檢修策略為停電檢修，則根據(jù)需要開(kāi)展主回路絕緣電阻、主回路電阻測(cè)量、主回路交流耐壓試驗(yàn)、氣體密封性檢測(cè)等停電試驗(yàn)后進(jìn)行相應(yīng)檢修處理。

例如，檢測(cè)人員對(duì)某220 kV GIS開(kāi)展帶電檢測(cè)，在某間隔B相出線的F、G、H三個(gè)盆式絕緣子處均測(cè)量到較強(qiáng)的特高頻局部放電信號(hào)，應(yīng)用幅值定位法對(duì)局部放電信號(hào)位置進(jìn)行初步定位，結(jié)果表明，位置G處的異常信號(hào)幅值最大。超聲波法和SF6氣體成分分析法均未測(cè)量到可疑信號(hào)。根據(jù)特高頻法測(cè)量到的PRPD譜圖，將其初步判斷該放電缺陷為絕緣內(nèi)部氣隙類放電。然后在存在疑似信號(hào)的絕緣子處安裝了局部放電特高頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行24 h監(jiān)控，一直持續(xù)3個(gè)月后，發(fā)現(xiàn)信號(hào)在逐步增大，隨即決定解體檢修。對(duì)F、G、H盆式絕緣子進(jìn)行X光探傷、耐壓、局部放電試驗(yàn)，F(xiàn)、H兩個(gè)盆式絕緣子都通過(guò)了三項(xiàng)試驗(yàn)，而G盆子僅通過(guò)了耐壓試驗(yàn)，X光照射發(fā)現(xiàn)在其內(nèi)部澆筑口下部存在一條長(zhǎng)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(duì)缺陷盆式絕緣子進(jìn)行了更換，送電后運(yùn)行正常。

4 結(jié)論

采用多種非停電試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行帶電檢測(cè)，具有獲取設(shè)備狀態(tài)信息量全面、對(duì)主要缺陷故障有效覆蓋等突出優(yōu)點(diǎn)，避免了現(xiàn)有巡檢和例行試驗(yàn)項(xiàng)目存在的諸多問(wèn)題，能夠在不停電情況下實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、方便地掌握GIS設(shè)備運(yùn)行狀況，制定相應(yīng)檢修策略，保證設(shè)備安全可靠運(yùn)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(wàn)婷（1973），女，湖北荊門(mén)人，碩士，高級(jí)工程師。

國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司科技項(xiàng)目（521532150007）