變電站GIS設備的故障原因診斷與檢修方法

國網北京市電力公司檢修分公司 王 楠

為了保證變電站的順利運行，應加強對內部GIS設備的關注力度，保證故障原因診斷以及檢修工作的順利開展，提高電網供電設備的安全性、可靠性以及高效性，使GIS設備能夠更好地應用于各級電網中，促進裝用量的提升，從而給予變電站中GIS設備的運行工作相應的輔助。

1 變電站GIS設備的主要內容

1.1 變電站GIS設備的基本概述

GIS設備作為一種氣體絕緣全封閉組合電器，主要包括隔離開關、路由器、避雷器、互感器、接地開關、隔離開關、連接線及母線等終端出線設備，其中不同設備的連接方式可結合實際應用區域的基本形態發生改變，將設備與各個部件相互連接，讓其存儲于完全封閉的金屬接地外殼內，這樣可保證其不會與外界干擾因素產生間隙，確保內部壓力能滿足SF6絕緣氣體的運行，由此GIS設備亦可稱作為SF6全封閉組合電器。

1.2 變電站GIS設備的應用優勢

由于GIS設備內部組件被規劃于金屬接地外殼內，使其內部絕緣介質含量相對充足。若需在變電站內進行使用即可展現其占地面積較小、安裝操作簡便、方便攜帶及結構緊湊的特點。GIS設備20世紀80年代以來逐漸應用于全球，不僅限于在超高壓領域及高壓的使用，更可在特高壓領域進行安裝使用。變電站GIS設備與常規敞開式變電站相比，具有靈活配置、安全性能高及適應能力強的優勢，可降低操作人員的工作壓力，方便后續維修及養護工作的開展，僅需在20年內進行一次維修即可。由于GIS設備絕緣性能較強，其在開關室內應用可發揮出滅弧能力較強優勢，與同類別的電器開關相比更勝一籌。

2 變電站GIS設備常見故障及原因診斷

2.1 GIS設備常見故障

GIS設備的操作機構故障。隔離開關分合動作異常，增加變電站的運行難度，導致封閉氣室的檢測行為不夠準確，無法保證放電設備的正常運行，存在大規模的停電問題，無法保證電力企業的經濟效益；局部放電故障問題。其多發為新購入的GIS設備內，由于操作人員的安裝工作不夠嚴謹，導致設備的安裝不滿足當地環境要求，使安裝區域的粉塵、微生物等影響因素進入氣室，導致GIS設備內部的導體設備整潔度不夠，增加其在運行過程中的負擔；GIS設備內部的SF6氣體出現泄漏，增加變電站運行期間的安全隱患，無法保證其能夠長期運行。同時密封膠條等常用設備出現老化問題，無法給予GIS設備相應的支持。

GIS設備中的水含量嚴重超標。由于GIS設備的使用年限較久，變電站設置在相對潮濕的區域，無法保證GIS氣室內濕度調節工作的正常開展。在其長期運行過程中會導致水汽進入造成GIS設備故障。另外會導致電流互感器在運行出現偏差，無法保證實際運行結果的準確性；二次設備老化。由于控制回路故障現象頻發，導致工作人員很難在第一時間掌握GIS設備中的問題，致使隔離開關連鎖繼電器出現損壞，會使分合閘動作無法正常開展。

2.2 GIS設備故障檢修難度較大

GIS在變電站中占據至關重要的位置。由于GIS設備罐體實際運行空間較小，一旦GIS設備出現故障及檢測環節出現紕漏會導致設備內部出現死角，使工作人員無法及時掌握具有問題所在位置，僅可憑借GIS設備外觀暴露的狀況推測問題產生的原因，在此基礎上更難以清理內部的異物，導致需花費大量時間尋找GIS設備中存在問題的出處，通過拆卸及替換新設備等方式開展維修及養護工作，使GIS設備故障檢修難度增加；其次，由于SF6為重氣體，其出現泄露且沒有在第一時間發現會致人窒息。因此，若出廠檢驗工作不合格會增加GIS氣室內的有毒物質，無法保證GIS設備的維修工作順利進行。

GIS設備除變壓器外皆為一次設備集成而來，此部分電器對GIS設備整體的安全性、穩定性及可靠性起到至關重要的作用，因此GIS設備故障檢修工作不可缺少，需加強操作人員的設備運行勘察能力，確保其具備專業的操作技能，有效分析及總結GIS設備在運行過程中具體哪一方面存在紕漏，合理地分析問題的具體類型，進而達到故障檢修目的。

2.3 GIS設備常見故障發生原因

在變電站實際運行過程中，由于斷路器分合閘動作易產生問題，合閘操作一旦無法進行會導致控制回路、電能的影響因素增加，使斷路器內的彈簧元件及合閘動作執行期間不具備充足的能量，導致整體SF6壓力呈現持續下降趨勢。不僅增加GIS設備故障檢修難度較大，更會導致合閘動作在運行期間出現紕漏，由錯誤動作增加GIS設備的運行難度，使電源出現中斷現象，制約分閘動作的開展，增加控制回路的故障隱患。從而規劃出主要的故障原因為斷路器的異常，或轉換不良以及接觸不良導致內部SF6壓力驟降，促使后續分閘環節各項動作無法運行[1]。

在此背景作用下可結合互感設備的故障問題進行分析。電流互感器在常規情況下其屏蔽罩會向開關側靠攏，使自身與GIS設備外殼能夠更好地銜接，維持在此狀態。一旦出現故障則會導致線路出現偏移，朝著相反的方向運行，存在于SF6分割區域并長期處于絕緣狀態。若在此環節未發生回路，則會導致GIS設備在實際運行過程中某一區域出現松動問題，反而使兩側在同一時間內、同一狀態下進行銜接，促使閉合回路的生成，直接對互感器的整體數值帶來影響。

因此，在閉合回路持續運行的背景下，GIS設備會進行二次繞組動作，這樣則會經過感應磁通，最后向著相反方向流動，將執行一次電流的抵消行為。互感器在此基礎上僅可感受到一方的電流，無法測算出各環節電流中的差值，在持續變化的內部環境中使變比增大，出現零件規格的誤差。此故障的發生原因，皆為操作人員在安裝環節的考慮步驟，導致GIS設備運行環節出現零件安裝誤差[2]。

3 變電站GIS設備的故障檢修方法

3.1 互感器設備的檢修

在變電站GIS設備中互感器元件的故障頻率相對較低，但仍存在故障發生的風險。可通過檢修的方式繪制出完整的GIS設備回路電阻測量預制圖（圖1）。這樣可根據電阻的運行狀態掌握互感器哪一環節出現問題，根據具體的故障指引保證能在第一時間內找到問題的出處，以降低后續設備檢修工作的執行難度[3]。

在一般狀況下，通過科學安裝的GIS設備不易出現互感器問題，而驗收標準不達標、合格率不足，則會導致互感器故障問題頻發。可結合圖1中圖紙測定保護區段的運行狀態進行分析，準確掌握在線檢測裝置故障存在的位置，若整個設備都存在故障直接進行更換即可。但在更換工作執行前期，需對新互感器進行嚴格的檢測，使其規格、參數、質量達到標準后方可進行更換。同時可將整個GIS設備內的參數進行分析，了解目前此設備實際需求，結合多方面因素執行更換工作，這樣可保證GIS設備的安裝流程滿足變電站運行需求，使設備接地方式更加完整，讓操作人員嚴格按照操作手冊中的說明開展后續工作，保證每項工作皆能滿足實際GIS設備運行所需，從而開展準確的安裝，保證電網企業的經濟效益得到相應提升[4]。

3.2 斷路器的檢修

在常規操作下GIS設備內斷路器的故障發生頻率較高。因此需加強對變電站運行現場的勘察力度，一旦確認為GIS設備故障，則可掌握目前斷路器的故障情況：首先可斷電檢查，在診斷工作執行過程中優先判斷是否為電源問題。通過更換電源對比診斷的方式了解合閘、分閘是否正常。若此方面未出現問題，則可掌握電能目前的支持狀態，其若未出現任何動作則可判斷為斷路器異常。這時可在不破壞其他線路的前提下檢查電源的空開情況，加強對GIS設備內各個區間進行監管。優先檢查熔絲是否銜接正常；其次查詢電源的空開狀況，運用嘗試的方式了解電源的空開狀況，一旦出現熔絲斷裂、熔斷等狀況，則需在停電的前提下進行熔絲的更換工作。優先測試新熔絲是否滿足斷路器的運行，在確保各方面操作無誤后方可執行下一環節的檢查工作，掌握匯控柜的運行狀況，以保證此階段的工作順利開展[5]。

若電源在運行過程中未發現問題，則可測定控制回路的運行狀態，如回路動作執行不正確，導致分閘、合閘出現運行錯誤等問題。因此可將檢查中心規劃于控制回路的檢查階段，策劃出整個控制環節的關鍵點，了解問題發生的實際位置，結合故障產生的類型進行檢測，保證分閘動作執行期間不會出現問題，再次確認合閘動作運行狀況。若故障存在于分閘動作執行過程中，需檢查斷路器的控制把手、相互間的連接線路及分閘線圈是否存在異常。如出現特殊狀況，則需聘請專業技術人員整合控制回路，進行二次詳細檢查，確保每個區域的問題被規劃出來。若是合閘區域出現范圍問題則需再次檢查整個回路，使GIS設備中的各個線路不會出現斷接問題，讓專業操作人員進行整改。

另外，如果斷路器的故障起因是由于內部SF6氣體壓力不足所導致，這時應給予整個斷路器相應的重視，使分閘部分的各項操作能順利開展，一旦存在異常則需及時中斷斷路器的電源，將其停止一段時間后，讓各區域組件空開并在第一時間內向上級進行匯報，保證重合閘的組合工作能順利開展，在得到領導部門的允許后方可進行下一步操作。利用母線串帶的維修方式將未發現故障的區域進行分隔，將有故障的一段線路進行隔離，結合實際狀況進行分析，改變斷路器的實際擱置位置，讓其轉移到另一母線上，這樣可保證中斷故障斷路器后各方面操作仍可正常進行，僅需在此區域進行維修工作即可。

與此同時，若合閘操作在經過上述維修工作后仍無法正常運行，則需再次申請重合閘，聘請專業維修人員開展全方位檢修工作，將SF6氣體壓力提高到與警戒值持平，這樣可保證分合閘的順利運行。通過閉鎖操作的方式穩定各機構的運行狀態，及時標注出不可手動操作的區間。在此項工作實施完畢后，可掌握設備運行環節存在的缺陷，執行完整的管理制度，保證故障開關的分割共工作順利開展，在關閉電源后方可邀請專業的操作人員進行維修，以保證變電站的順利運行，降低不良因素對GIS設備帶來的影響。

3.3 SF6氣體的檢修

在GIS設備檢修環節應提高盛裝氣體的容器的標準，利用合適的材料滿足檢修工作的質量要求，首先工作人員需定期檢測SF6空氣質量，由于此氣體有毒，應避免盛載容器存在泄露、氣體聚集等問題。如：通過紅外線撿漏法，讓儀器接受反射紅外線激光，在成像后方可掌握氣體泄露存在的位置。同時可通過SF6電離法，根據GIS設備在脈沖高壓條件下持續放電的特點調節電廠整體強化，掌握氣體泄漏問題的具體位置。另外可利用液體表面張力法（肥皂水等）等進行檢測，根據氣泡位置確定泄露問題所在。

綜上，為保證變電站的正常運行，需給予GIS設備相應的關注，加強對其故障原因診斷與檢修工作的思考，保證GIS設備在變電站內能夠順利運行，為電網供電系統給予相應的輔助，結合實際分析的角度出發，確保各項探討工作的完整性，降低外界因素對變電站帶來的影響，從而彰顯出變電站GIS設備的實際應用價值，促進電網工程的順利開展。