一起GIS設備發熱故障分析

張金崗　林俊年

摘要：GIS的異常發熱可分為內部發熱和外部發熱兩大類，內部發熱主要有母線導體接觸不良導致發熱以及盆式絕緣子或支柱絕緣子絕緣下降導致發熱兩類。內部發熱故障一直是GIS設備安全運行的最大隱患之一，能不能有效地發現GIS內部發熱缺陷也是帶電檢測工作的難點。GIS設備內部發熱故障可引起本體爆炸，危及整座變電站甚至電網的安全運行。本文結合一起GIS設備內部發熱故障案例，分析了故障發生的原因、過程，提出了由于內部發熱導致GIS故障的有效防范措施。

關鍵詞： 故障;紅外檢測;GIS;帶電檢測;設備發熱

中圖分類號：TM595?????????? 文獻標志碼：B

引言

通常所說的高壓組合電器，一般是指封閉式高壓組合電器，即氣體絕緣金屬封閉開關設備，簡稱GIS，它將各種控制和保護電器，包括斷路器、隔離開關、接地開關、電壓互感器、電流互感器、避雷器、連接母線等全部封裝在接地的金屬殼體內，殼內充以一定壓力的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質，并按一定接線方式組合構成的開關設備^[1]。

GIS的異常發熱可分為內部發熱和外部發熱兩大類，內部發熱主要有母線導體接觸不良導致發熱以及盆式絕緣子或支柱絕緣子絕緣下降導致發熱兩類。GIS在投運后，目前由于對電路接觸情況缺乏有效監測手段，因此不可忽略GIS內部發熱問題。導體接頭接觸不良，將直接影響GIS運行中通流能力，在運行中產生不允許的溫升，甚至使局部燒熔，最終造成設備故障^[1]。

1 紅外檢測診斷診斷電氣設備運行狀態的原理

由于電氣設備的工作狀態與熱有著密切的聯系，不同類型的故障包括接觸不良、絕緣劣化等都會以發熱升溫的形式表現出來。利用熱效應進行絕緣診斷通常采用非接觸式紅外熱像法或各種類型的接觸式溫度傳感器法，其中紅外熱診斷技術是一種在電力系統中廣泛應用的帶電檢測技術，可以說凡是能產生溫度效應的設備故障都可應用紅外檢測方法做出診斷。紅外檢測采用遠紅外非接觸測溫技術，能滿足電氣設備在高電壓、大電流、高溫等運行狀態下實時檢測溫度的要求，具有效率高、判斷準確、圖像直觀、安全可靠、不受電磁干擾等特點，已成為電氣設備狀態檢查的必備手段^[2，3]。

2 紅外檢測診斷GIS運行狀態的理論分析

紅外檢測分為一般檢測和精確檢測。對于GIS外部殼體及連接件的發熱缺陷，一般檢測即可滿足要求;對于GIS內部的發熱缺陷，雖然可通過熱輻射、對流等形式反映到殼體上，但其在殼體上產生的熱效應十分有限，檢測難度很大，必須采用精確測溫才能發現。

GIS內部過熱缺陷以導體接觸不良為主。雖然內部導體接觸不良屬于電流制熱型缺陷，但是由于其內部產生的紅外線無法直接傳出，只能通過內部發熱傳導到殼體、引起殼體溫度分布改變來進行紅外檢測。一般情況下，當GIS 內部存有因接觸不良引起的發熱缺陷時，由于在GIS內部充有SF₆氣體，在發熱狀態下，受到加熱的氣體會在缺陷部位的內部筒壁上端集中，這樣在紅外檢測時，通過精確檢測可以發現相對應的GIS外殼溫度的變化。

3 案例分析

3.1 220kV GIS內部發熱缺陷發現過程

某500kV變電站220kV GIS設備，型號ZF11-252/4000-50， 2006年5月27日投入運行，屬于戶外設備。2014年8月13日，檢修人員紅外檢測時發現220kV分段II 22F開關A相CT與22F-B刀閘之間的GIS設備本體異常發熱，最高溫度為45.4℃（圖1），并向四周發散發熱，比此段GIS筒體底部溫度高出6.2 ℃。現場初步分析為溫度最高點部位對應盆式絕緣子接頭處內部導電體接觸不良發熱，立即申請停電處理。經批準，當天22點33分溫度異常設備轉檢修。

2014年8月14日，檢修人員現場對分段II 22F間隔進行診斷試驗分析，分別包括回路電阻、X光透視等檢查項目。

3.1.1 回路電阻試驗

試驗人員從接地刀閘22F-D5至22F-D6之間進行回路電阻測試，測試結果：A相：643μΩ、B相：376μΩ、C相：354μΩ，出廠規定值為不大于396μΩ。

3.1.2 X光透視檢查

試驗人員對發熱缺陷部位進行X光透視檢查，檢查結果未見異常。

由以上停電檢查情況分析，220kV分段II 22F開關A相CT與22F-B刀閘之間發熱缺陷對應的回路電阻試驗數據為643μΩ，遠大于出廠值要求，可初步判斷為該段GIS內部導電部分有接觸不良缺陷發生，需進一步解體檢查。

3.2 解體檢查及預防措施

3.2.1 現場解體檢查

檢修人員經過現場對220kV分段II 22F開關A相CT與22F-B刀閘之間GIS本體解體發現，缺陷位置有兩處，分別是：a、觸指與導電桿接觸不均勻;b、電連接導電座與小觸指座接觸不良。

3.2.1.1 觸指與導電桿接觸不均勻

檢查電連接觸指有發黑痕跡，應為裝配時涂抹的導電膏在觸指導流作用下受熱焦化發黑。現場檢查發黑觸指分布集中在底部下端，判斷該位置觸指與導電桿接觸不均勻。

3.2.1.2 電連接導電座與小觸指座接觸不良

經過進一步對缺陷段GIS解體檢查，對電連接內部的螺栓重新打力矩，發現有3個螺栓力矩未達到25N·m要求，導致導電膏在設備運行時受熱不均并燒蝕凝固發黑。

3.2.2 預防措施

綜合以上缺陷GIS現場解體檢查判斷分析，電連接導電座與小觸座螺栓壓接不緊是導致接觸不良發熱的主要原因，另外由于早期制造工藝原因，觸指不能與導電桿有效全部接觸，導致電流不能均勻通過觸指，造成局部觸指發熱，最終導致該段GIS外部殼體溫度異常。針對此類GIS設備紅外檢測溫度異常缺陷，公司立即安排了對該設備制造廠家同一批次設備的安全隱患排查工作，包括工作如下：

a.加強GIS設備紅外精確測溫，掌握其運行狀態;

b.通知廠家應采取措施，改進制造安裝工藝，避免此類問題缺陷的再次發生;

c.在設備檢修過程中對接頭的處理將更具針對性，保證檢修質量，避免日后出現過熱現象。

4 結語

對于GIS設備內部發熱缺陷的判斷，不能簡單通過表面溫度法進行判斷。應根據同組三相設備、同相設備之間及同類設備之間對應部位的溫差進行比較分析，并根據同類設備的正常狀態和異常狀態的熱像圖，判斷設備是否正常。通常由于GIS殼體發熱等因素的存在，給內部發熱的判斷造成很大干擾，此時可以通過紅外熱像圖特征加以判斷。GIS罐體感應電流發熱主要集中在法蘭連接處，熱像在罐體圓周較均勻或集中在固定螺栓、法蘭跨接短路片處;而內部導體發熱時，水平放置的GIS 結構中，內部氣體的對流散熱過程會受到重力作用的影響，造成沿截面圓周上的溫度分布不均勻，溫度最高點一般在圓周最高點，圓周最下方有溫度最低點。另外，由于內部發熱，使得SF6壓力增大，可結合SF6密度繼電器的壓力變化來判斷是否為內部故障。該案例充分說明紅外熱成像檢測技術能夠行之有效的發現設備過熱缺陷。

參 考 文 獻

1. 劉洪正.高壓組合電器[M].北京：中國電力出版社，2014.3.?
2. 陳安偉.輸變電設備狀態檢修[M].北京：中國電力出版社，2012.
3. 陳化鋼.電力設備預防性試驗方法及診斷技術[M].北京：中國水利水電出版社， 2009.