關(guān)于GIS試驗(yàn)的典型問(wèn)題分析及解決措施探討

蘭 柏，汪波濤，陳 瑞，王 勇

（國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京市 100161）

關(guān)于GIS試驗(yàn)的典型問(wèn)題分析及解決措施探討

蘭 柏，汪波濤，陳 瑞，王 勇

（國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京市 100161）

近年來(lái)，GIS在國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，不同廠家的設(shè)備質(zhì)量、使用要求和技術(shù)資料差別很大。在基建期、生產(chǎn)期出現(xiàn)的問(wèn)題呈現(xiàn)多樣化趨勢(shì)，對(duì)設(shè)備管理工作提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。為妥善應(yīng)對(duì)該形勢(shì)，需要不斷探索新的試驗(yàn)方案，采用有效試驗(yàn)方法及手段，準(zhǔn)確診斷各階段設(shè)備出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題及缺陷?，F(xiàn)階段，關(guān)于實(shí)際工程中GIS試驗(yàn)典型問(wèn)題的研究成果或技術(shù)總結(jié)很少，導(dǎo)致實(shí)際試驗(yàn)工作過(guò)多依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn)、隨機(jī)性強(qiáng)，一旦未及時(shí)發(fā)現(xiàn)有關(guān)的設(shè)備缺陷，將導(dǎo)致部分設(shè)備帶病運(yùn)行，影響安全穩(wěn)定生產(chǎn)。本文研究了近年來(lái)普遍應(yīng)用的GIS，重點(diǎn)關(guān)注典型問(wèn)題，力求探索出具備推廣價(jià)值的試驗(yàn)及診斷方法，保證電氣設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

GIS；多元化；試驗(yàn)；缺陷；診斷

0 引言

近年來(lái)，GIS以其占地面積小、運(yùn)行安全、可靠性高、適應(yīng)惡劣環(huán)境能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)在電力工業(yè)中迅猛發(fā)展，并國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用[1,2]。目前，國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)中運(yùn)行的GIS設(shè)備來(lái)自國(guó)內(nèi)外不同生產(chǎn)廠家，電壓等級(jí)、設(shè)備結(jié)構(gòu)、型式多樣。由于不同廠家的設(shè)備質(zhì)量、使用要求、運(yùn)行條件、技術(shù)資料差別很大，在基建期、生產(chǎn)期，GIS出現(xiàn)的問(wèn)題呈現(xiàn)多樣化趨勢(shì)?；芈冯娮柽^(guò)大導(dǎo)致的溫度升高、系統(tǒng)相位錯(cuò)誤、回路斷線、開(kāi)關(guān)跳閘、絕緣燒損等故障常常并發(fā)，一旦出現(xiàn)事故，將導(dǎo)致大范圍停電，檢修、維護(hù)困難[3-6]。因此，工程質(zhì)量、設(shè)備缺陷和故障診斷成為了行業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。

現(xiàn)階段，從事試驗(yàn)崗位的工作人員一直探索有效試驗(yàn)方法及手段，來(lái)準(zhǔn)確診斷各階段設(shè)備出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題及缺陷，杜絕或減少故障的發(fā)生[7-10]。然而，關(guān)于實(shí)際工程中GIS試驗(yàn)典型問(wèn)題的研究成果或總結(jié)很少，大多數(shù)研究文獻(xiàn)或科技論文集中在純理論方面的研究，另一部分文獻(xiàn)的研究深度則非常有限，亟需實(shí)用價(jià)值高的技術(shù)文獻(xiàn)作為相關(guān)崗位工作人員交流和學(xué)習(xí)的紐帶。實(shí)際試驗(yàn)工作受制于個(gè)人工作經(jīng)驗(yàn)、應(yīng)對(duì)能力，隨機(jī)性強(qiáng)，不同地域的各企業(yè)間試驗(yàn)工作質(zhì)量參差不齊，一旦未及時(shí)發(fā)現(xiàn)有關(guān)設(shè)備缺陷，將導(dǎo)致部分設(shè)備帶病運(yùn)行，最終影響安全穩(wěn)定生產(chǎn)。本文以近年來(lái)國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用的GIS為研究對(duì)象，重點(diǎn)關(guān)注各階段的典型問(wèn)題或缺陷，著力探索出具備推廣價(jià)值的試驗(yàn)、診斷及消缺方法，保證電氣設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 回路電阻

1.1 案例

某變電站GIS本體安裝完成后，準(zhǔn)備進(jìn)行回路電阻測(cè)試，試驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)廠家的技術(shù)資料中關(guān)于GIS回路電阻的測(cè)試要求只能在廠家組裝過(guò)程中或設(shè)備解體后才能實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)無(wú)試驗(yàn)依據(jù)。

廠家提供的安裝使用說(shuō)明書、出廠試驗(yàn)報(bào)告給出了回路電阻測(cè)試方法、管理值和出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)，具體情況如下：

（1）廠家安裝使用說(shuō)明書指出GIS設(shè)備各元件及各運(yùn)輸單元的主回路電阻已經(jīng)在出廠前測(cè)試合格，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可對(duì)各運(yùn)輸單元及對(duì)接完成后的整體進(jìn)行回路電阻測(cè)試及調(diào)整。

（2）廠家安裝使用說(shuō)明書給出的各運(yùn)輸單元內(nèi)各段的回路電阻管理值存在差異，且部分管理值給定的是內(nèi)部導(dǎo)體、斷口、有關(guān)連接部分回路的數(shù)據(jù)，只能在設(shè)備解體后試驗(yàn)，這與第（1）條要求矛盾，導(dǎo)致該部分試驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行，該工程某個(gè)運(yùn)輸單元標(biāo)定的管理值見(jiàn)圖1。其中，QEF指快速接地開(kāi)關(guān)，QS3指隔離開(kāi)關(guān)，QE1/QE2指接地開(kāi)關(guān)，QF指斷路器，QSF1/QSF2指快速隔離開(kāi)關(guān)。

圖1 運(yùn)輸單元標(biāo)定的回路電阻管理值

（3）出廠報(bào)告只有對(duì)各間隔內(nèi)的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)進(jìn)行了單獨(dú)回路電阻測(cè)試管理值及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，該工程某個(gè)運(yùn)輸單元的出廠試驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 回路電阻出廠報(bào)告數(shù)據(jù)

可以看出，廠家提供的技術(shù)資料沒(méi)有考慮到現(xiàn)場(chǎng)交接或預(yù)防性試驗(yàn)的實(shí)際測(cè)試條件，也沒(méi)有GIS組裝后整體回路電阻的測(cè)試方法和數(shù)據(jù)。一方面，導(dǎo)致無(wú)法判斷出廠前整體回路電阻是否合格；另一方面，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)因沒(méi)有匹配的試驗(yàn)位置及管理值而無(wú)法進(jìn)行，無(wú)法進(jìn)行后續(xù)工作。

1.2 應(yīng)對(duì)措施

考慮到現(xiàn)場(chǎng)可行的測(cè)試方法，并保證全部回路中各斷口或連接部位經(jīng)過(guò)測(cè)試考核，擬定了整體回路電阻測(cè)試方案。該方案經(jīng)廠家及運(yùn)維單位認(rèn)可后，由廠家根據(jù)方案要求的測(cè)試位置計(jì)算管理值，該管理值考慮了母線、導(dǎo)體、連接部位、各斷口、出線的設(shè)計(jì)及工藝數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)人員組織了廠家、監(jiān)理、運(yùn)維單位專業(yè)人員參與測(cè)試過(guò)程，采用的試驗(yàn)方法及試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2、表2。其中，F(xiàn)1至F7Ⅰ母為F1間隔進(jìn)線套管經(jīng)Ⅰ母線至F7間隔出線套管，F(xiàn)1至F7Ⅱ母為F1間隔進(jìn)線套管經(jīng)Ⅱ母線至F7間隔出線套管，QEF至QE2為快速接地隔離開(kāi)關(guān)QEF至接地隔離開(kāi)關(guān)QE2。

圖2 整體回路電阻測(cè)試方法

圖2中試驗(yàn)回路利用了母線作為各間隔的聯(lián)絡(luò)，既充分利用了各間隔可測(cè)試點(diǎn)（套管終端、接地開(kāi)關(guān)接地扁帶），也交叉檢驗(yàn)了母線回路電阻，一舉兩得，對(duì)于阻值超差的回路可繼續(xù)分段測(cè)試，定位缺陷斷口的位置，達(dá)到精確診斷的目的。

表2 整體回路電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.3 應(yīng)用效果

根據(jù)表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可以判定該GIS回路電阻指標(biāo)滿足投運(yùn)要求，可以進(jìn)行后續(xù)安裝及試驗(yàn)工作。此外，該數(shù)據(jù)為工程投運(yùn)后檢修、預(yù)防性試驗(yàn)工作提供了有價(jià)值的對(duì)比依據(jù)，得到了運(yùn)維單位的一致認(rèn)可，該試驗(yàn)回路可以直接應(yīng)用于后續(xù)試驗(yàn)，也可作為衍生其他試驗(yàn)回路的參考。截至目前，該GIS回路電阻試驗(yàn)工作一直順利進(jìn)行，未發(fā)生回路電阻超差導(dǎo)致的運(yùn)行事故。

2 相位錯(cuò)誤

2.1 案例

某變電站GIS進(jìn)行電流互感器變比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了相位錯(cuò)誤。具體情況如下：

按照設(shè)計(jì)院提供的主接線圖、平面布置圖確定一次側(cè)相位，進(jìn)行變比測(cè)試，發(fā)現(xiàn)連續(xù)幾個(gè)繞組的變比測(cè)試均中斷，儀器顯示變比＞50000∶1。根據(jù)測(cè)試原理和儀器錯(cuò)誤提示，初步判定測(cè)試回路存在斷線、線圈缺陷、相位錯(cuò)誤等缺陷。

針對(duì)以上現(xiàn)象，安排了一次回路、二次線圈的電阻試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3、表4。其中，表3數(shù)據(jù)為折算至出廠試驗(yàn)溫度20℃的數(shù)據(jù)，二次線圈的電阻試驗(yàn)溫度為25℃。

表3 一次回路電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 電流互感器二次繞組電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

可以看出，該間隔采用的一次被測(cè)回路、三相電流互感器二次繞組電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，排除了一次回路開(kāi)路/接觸不良及二次繞組缺陷的可能性。

為證實(shí)是否相位錯(cuò)誤，重新布置了測(cè)試回路見(jiàn)圖3，分別進(jìn)行了U相、V相、W相特性試驗(yàn)，其中，V相試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常，U相、W相均測(cè)試中斷，故障現(xiàn)象及儀器故障信息如上所述，通過(guò)進(jìn)一步分析，判斷存在U相、W相整體相位倒置的可能性。

圖3 電流互感器測(cè)試回路

圖4 W相電流互感器測(cè)試回路

采用一次側(cè)接線不動(dòng)，二次回路接線倒換至電流互感器W相二次繞組端子盒各繞組引出端子進(jìn)行特性測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常與出廠試驗(yàn)W相數(shù)據(jù)呈現(xiàn)相同的規(guī)律，完全證實(shí)了以上推斷正確，U相、W相整體相位倒置。經(jīng)系統(tǒng)研究，實(shí)際W相電流互感器特性試驗(yàn)回路見(jiàn)圖4。按照U相、W相二次繞組對(duì)換測(cè)試方式完成了該間隔的各項(xiàng)試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。其中，In是試驗(yàn)電流占額定電流的比率。

表5 電流互感器變比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

續(xù)表

可以看出，該間隔三相電流互感器特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，按此方案進(jìn)行了后續(xù)電流互感器特性試驗(yàn)，存在同樣的相位錯(cuò)誤缺陷。考慮到缺陷的一致性、普遍性及工程實(shí)施階段，設(shè)計(jì)或設(shè)備生產(chǎn)環(huán)節(jié)可能存在問(wèn)題。為深層分析相位錯(cuò)誤的原因，詳細(xì)研究了設(shè)計(jì)院、廠家的技術(shù)資料，并聯(lián)系了有關(guān)人員反映了設(shè)備存在的問(wèn)題及故障現(xiàn)象。經(jīng)了解，在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)院與設(shè)備廠家確定相位后，廠家按照平面布置安排了生產(chǎn)及配線，此后設(shè)計(jì)院按照業(yè)主有關(guān)部門要求調(diào)換了U相、W相的相序，而廠家未得到變更通知并按原設(shè)計(jì)要求發(fā)運(yùn)設(shè)備。

2.2 應(yīng)對(duì)措施及建議

考慮到一次側(cè)相位必須滿足設(shè)計(jì)院布置方案及現(xiàn)場(chǎng)可操作性，所有一次側(cè)設(shè)備本體不作調(diào)整，只調(diào)整一次側(cè)U相、W相兩相的相序顏色，對(duì)調(diào)U相、W相電流互感器二次接線端子盒至匯控柜的設(shè)備本體二次線接線端子標(biāo)示。針對(duì)以上分析的深層原因，建議設(shè)計(jì)院、設(shè)備廠家的技術(shù)人員在設(shè)計(jì)及設(shè)備生產(chǎn)階段要有效溝通，嚴(yán)格、規(guī)范化管控變更程序，從根源杜絕該類型缺陷的形成和返工。

2.3 應(yīng)用效果

以上分析過(guò)程系統(tǒng)、清晰，處理方法簡(jiǎn)潔、高效，妥善消除了相位錯(cuò)誤缺陷。此外，在后續(xù)試驗(yàn)過(guò)程中，運(yùn)用相同的方式進(jìn)行了電壓互感器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等設(shè)備的相位錯(cuò)誤識(shí)別和處理，有效避免了潛在事故。經(jīng)了解，該類型缺陷近期普遍存在，對(duì)偶然出現(xiàn)的該類型缺陷，可以借鑒以上方法進(jìn)行分析及處理。

3 互感器回路斷線、串線、極性錯(cuò)誤

3.1 案例

某變電站GIS進(jìn)行電流互感器試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了回路斷線、串線、加極性問(wèn)題。具體情況如下：

以某間隔電流互感器測(cè)試舉例說(shuō)明，存在繞組直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)超量、極性錯(cuò)誤問(wèn)題，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6 直流電阻與極性測(cè)試數(shù)據(jù)

3.2 應(yīng)對(duì)措施及建議

可以看出U相繞組1、U相繞組4、V相繞組2、V相繞組3、W相繞組1、W相繞組3存在測(cè)試回路斷線，經(jīng)初步檢查測(cè)試儀器及線路正常。為進(jìn)一步確認(rèn)是否存在電流互感器二次繞組或其引出線斷線、各繞組串線，拆除了所有二次端子盒至LCP柜的接線端子，對(duì)以上故障繞組進(jìn)行各端子交叉組合測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。

表7 直流電阻復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)表7中的復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合端子盒內(nèi)端子標(biāo)識(shí)，可以判定U相繞組1抽頭端子S2與V相繞組2抽頭端子S2接串線，U相繞組4端子S3與W相繞組3端子S3接串線，W相繞組1、V相繞組3存在二次繞組或其引出線斷線，經(jīng)解體后發(fā)現(xiàn)二次端子盒內(nèi)部接線斷開(kāi)，繞組本體無(wú)缺陷。同時(shí)，安排了極性測(cè)試，發(fā)現(xiàn)U相繞組3、W相繞組4端子接反。針對(duì)以上問(wèn)題集中進(jìn)行了消缺處理，消缺后再次進(jìn)行繞組直流電阻測(cè)試，數(shù)據(jù)合格，見(jiàn)表8。

表8 消缺后直流電阻復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)

圖5 電流互感器典型問(wèn)題原理

以上串線缺陷只是兩個(gè)繞組間的情況，新建、改造、檢修工程現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常遇到幾個(gè)線圈交叉串線情況，需要多種組合測(cè)試，比較有效的辦法是：把出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)折算到現(xiàn)場(chǎng)溫度，根據(jù)同類型繞組電阻相近的規(guī)律及非缺陷繞組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以快速、精準(zhǔn)的鎖定串線位置。當(dāng)以上缺陷組合發(fā)生在同一繞組時(shí)，可以借助直流電阻、極性測(cè)試、回路導(dǎo)通等復(fù)合試驗(yàn)方式，從設(shè)備本體處開(kāi)始測(cè)試、排查，提高分析效率、提升處理效果。

3.3 應(yīng)用效果

斷線、串線、極性接反的情形可能發(fā)生在二次繞組本體、繞組到二次端子盒引出線、二次端子盒到LCP柜、LCP柜到各盤柜等各段電纜處，見(jiàn)圖5，以上三類缺陷同樣可能存在于電壓互感器。此外，串線、極性接反的情況，可能由接線端子標(biāo)識(shí)接錯(cuò)產(chǎn)生。

進(jìn)一步延伸，斷線、串線是各個(gè)電氣設(shè)備常見(jiàn)的質(zhì)量通病，其他各類電氣設(shè)備同類型缺陷的分析及處理可以借鑒以上思路和方法。

4 結(jié)論

（1）本文研究了國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用的GIS，結(jié)合工程實(shí)際案例，對(duì)GIS試驗(yàn)中的典型問(wèn)題進(jìn)行舉例，通過(guò)GIS回路電阻、相位、互感器回路缺陷進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及定量分析，找出缺陷或問(wèn)題產(chǎn)生的原因，提出了有效的處理策略和方法，并進(jìn)行了相關(guān)性、方法論延伸及應(yīng)用效果分析。

（2）部分GIS設(shè)備廠家出廠技術(shù)資料無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)使用及參考需求，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件制定現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案及標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)生產(chǎn)、檢修提供可行的試驗(yàn)方法和有價(jià)值參考數(shù)據(jù)。為從根源上解決問(wèn)題，一方面，要求有關(guān)廠家針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)遇到的問(wèn)題，改進(jìn)后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及試驗(yàn)方案，更好地指導(dǎo)設(shè)備管理工作；另一方面，在招標(biāo)階段細(xì)化技術(shù)條件，完善企業(yè)、行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)設(shè)備廠家規(guī)范化、一體化設(shè)計(jì)，精細(xì)化生產(chǎn)。

（3）本文通過(guò)有限的舉例和深入分析，力求探索出針對(duì)性強(qiáng)、有效的應(yīng)對(duì)措施。識(shí)別、診斷和應(yīng)對(duì)方法具備普遍的推廣價(jià)值，可以作為同類或類似問(wèn)題識(shí)別及處理的參考。案例的分析過(guò)程及思路可以作為缺陷或故障分析及處理培訓(xùn)的指導(dǎo)性實(shí)例。

（4）GIS設(shè)備缺陷呈現(xiàn)多元化趨勢(shì)，需要從業(yè)人員不斷研究各階段故障現(xiàn)象，深入分析原因，總結(jié)推廣性強(qiáng)的故障診斷試驗(yàn)方法及應(yīng)對(duì)措施，通過(guò)論文、技術(shù)總結(jié)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、研討等形式搭建交流的渠道，充分發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，全面提升行業(yè)整體水平。

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蘭 柏（1982—），男，黑龍江哈爾濱人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事電力系統(tǒng)高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)及故障診斷工作。

汪波濤（1980—），男，湖北武漢人，工程師，學(xué)士，主要從事電力系統(tǒng)高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)及故障診斷工作。

陳 瑞（1981—），女，河南鄭州人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事電力系統(tǒng)高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)及狀態(tài)評(píng)價(jià)工作。

Analysis and solutions on typical problems in GIS Tests

LAN Bo, WANG Botao, CHEN Rui, WANG Yong
（Technology Center of State Grid Xinyuan Company Ltd.,Beijing 100161, China）

In recent years, GIS has been widely application in power system in China, the quality of equipment, usage requirements, technical references are very different from various manufacturers. Issues of diversity during capital construction stage and the production period raise higher demands and challenges for device management. To properly deal with the situation and to diagnose problems and defects of the equipment in the different phases, new testing program needs to be explored, effective test method and means has to be applied. At present stage, there are few research results and technical summaries of typical problems in GIS Tests of actual projects. Relying too much on personal experience, the actual test work has much randomness. Eq-uipments will run with failure, once the test personnel can’t identify various equipment defects in time, which affects its safe and steady operation. GIS which came into common use in recently, is used as the research subject in this thesis. This thesis focused much of its attention on typical problems in GIS Tests. Tests and diagnosis method with much more widespread use will be explored to ensure the secure and stable operation of electrical equipments.

GIS; diversity; test; defect; diagnosis