GIS組合電器故障診斷技術(shù)研究

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，全國電力總裝機(jī)容量不斷增加，電力設(shè)備的運(yùn)行安全關(guān)乎國家經(jīng)濟(jì)和人們的日常生活。氣體絕緣組合電器（GIS）具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)普遍應(yīng)用。本文主要探究GIS組合電器的故障診斷技術(shù)，提出GIS組合電器尖端放電、懸浮放電、顆粒放電等缺陷的故障診斷手段和方法，為提高電力運(yùn)行的安全性提供技術(shù)基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】GIS；故障診斷；超高頻；超聲波；局部放電

引文

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，以及可持續(xù)發(fā)展、綠色發(fā)展的理念的提出，電能作為清潔能源已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)最重要的能源，電力設(shè)備的安全運(yùn)行已經(jīng)成為關(guān)乎國計(jì)民生的大事。氣體絕緣組合電器（GIS）在電力行業(yè)中普遍應(yīng)用，同時(shí)在高壓領(lǐng)域、超高壓和特高壓領(lǐng)域內(nèi)也有應(yīng)用，采用GIS設(shè)備進(jìn)行封閉和組合，能夠大幅度降低設(shè)備的帶電距離，從而減少設(shè)備之間的固有安裝距離。本文在分析GIS結(jié)構(gòu)和特征的基礎(chǔ)上，分析GIS在安裝和設(shè)計(jì)階段主要存在的故障類型和故障原因，重點(diǎn)主要分析GIS設(shè)備運(yùn)行期間存在的局部放電現(xiàn)象，并結(jié)合超高頻檢測技術(shù)和超聲波檢測技術(shù)論述局部放電的檢測原理和局部放電表現(xiàn)特征。

1、GIS的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

GIS的結(jié)構(gòu)主要包括有：斷路器、隔離開關(guān)、母線、電流互感器、電壓互感器、避雷器、接地刀閘以及套管等。GIS結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、安全性好、安裝方便。GIS內(nèi)部采用SF6作為絕緣和滅弧介質(zhì)，SF6是一種無色、無味、不燃、無毒的惰性氣體，具有非常高的穩(wěn)定性。

2、GIS的設(shè)計(jì)及安裝故障

SF6氣體泄漏是GIS設(shè)備出現(xiàn)頻率最高的故障類型，經(jīng)常發(fā)生在法蘭密封面、壓力表或充氣閥等部位。其發(fā)生事故的原因主要是因?yàn)楫a(chǎn)品密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷，橡膠材質(zhì)選擇合理、GIS設(shè)備氣室劃分不合理；在設(shè)備安裝階段，密封圈安裝前沒有進(jìn)行O型圈檢查，造成O型圈存在的表面裂痕和凹凸不平?jīng)]有被檢測出來，法蘭密封面在安裝之前沒有處理干凈，對(duì)接法蘭連接罐體中心線不對(duì)稱。究其原因主要是因?yàn)椋?）設(shè)計(jì)方面：沿面爬電距離設(shè)計(jì)不足，盆式絕緣子兩端電極設(shè)計(jì)不良；外購零件或者加工件不滿足設(shè)計(jì)要求。

為了解決GIS設(shè)備在設(shè)計(jì)和安裝階段的故障隱患，首先需要嚴(yán)格控制GIS的生產(chǎn)質(zhì)量，進(jìn)行出產(chǎn)檢驗(yàn)，嚴(yán)控產(chǎn)品質(zhì)量。安裝過程中，保證安裝精度，嚴(yán)格按照驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)收。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行定時(shí)檢測，GIS設(shè)備的周期檢測以及運(yùn)行期間的故障診斷對(duì)于保證用電的安全具有重要的作用。

3、GIS設(shè)備運(yùn)行期間的故障診斷

GIS設(shè)備在運(yùn)行期間主要的故障類型為局部放電，是指GIS設(shè)備在絕緣在強(qiáng)電場的作用下發(fā)生局部范圍內(nèi)的放電現(xiàn)象。較大的局部放電會(huì)造成設(shè)備絕緣強(qiáng)度的下降，從而造成設(shè)備的損壞。局部放電根據(jù)放電原因的不同可以劃分為：尖端放電，懸浮放電和顆粒放電。

（1）尖端放電：GIS的尖端放電是因?yàn)樵贕IS制造、安裝和施工的過程中在高壓導(dǎo)體上存在著尖狀的突出物或者毛刺等缺陷，這些缺陷在強(qiáng)電場的條件下產(chǎn)生高電場，發(fā)生尖板電暈放電。尤其是在雷電條件下，或者操作不當(dāng)，容易產(chǎn)生貫穿性擊穿。此外，尖端放電還容易產(chǎn)生局部放電。

（2）懸浮放電：GIS尤其設(shè)備的老化、機(jī)械振動(dòng)或者不當(dāng)操作，造成屏蔽體與高壓導(dǎo)體之間接觸不良，造成懸浮電極的產(chǎn)生。懸浮電極在GIS內(nèi)部會(huì)釋放出電子，造成了表面正電荷的不斷積累，導(dǎo)致了電場平衡的破壞，最終導(dǎo)致了局部放電。

（3）顆粒放電：GIS內(nèi)部的SF6氣體非常容易吸附自由電子，產(chǎn)生負(fù)離子，削弱了氣體中碰撞電離的過程，影響了電場中有效電離系數(shù)。如果GIS中出現(xiàn)金屬顆粒電離，就會(huì)造成電場的分布不均，金屬微粒如果處理導(dǎo)電部分的周圍范圍內(nèi)，就容易發(fā)生局部放電現(xiàn)象。

3.1.1 超高頻檢測

針對(duì)GIS的局部放電現(xiàn)象，電量會(huì)以電磁波的形式向外傳播，根據(jù)電磁的傳播特性，在GIS設(shè)備內(nèi)部安裝超高頻傳感器，采集局部放電產(chǎn)生的電磁波來獲取局部放電信息，判斷放電的強(qiáng)弱。

根據(jù)超高頻檢測原理，不同的故障類型表現(xiàn)出來的故障特征不同：（1）尖端放電是因?yàn)榱慵虿馁|(zhì)存在著突出物，放電只是存在于局部區(qū)域內(nèi)，相對(duì)比較穩(wěn)定，表現(xiàn)出來的放電時(shí)間間隔基本相同，幅值大小基本一致，放電的頻率較高。（2）懸浮放電是因?yàn)榇嬖谥姌O的懸浮，表現(xiàn)出來的檢測現(xiàn)象為局部放電脈沖幅值穩(wěn)定，放電之間的時(shí)間間隔一致。（3）顆粒放電是金屬顆粒之間或者金屬顆粒與金屬部件之間的局部放電，顆粒放電是幅值大小不一，具有較大的雜亂性，沒有特定的規(guī)律可尋，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性。

3.1.2超聲波檢測

GIS放電時(shí)產(chǎn)生的能量會(huì)產(chǎn)生分子的激烈運(yùn)動(dòng)，形成氣泡，SF6氣體的溫度劇烈升高產(chǎn)生的能量會(huì)以應(yīng)力波的形式傳播出去。超聲波檢測就是利用了應(yīng)力波的傳播特性，將超聲波傳感器在耦合劑的作用下緊貼在外殼表面，接收局部放電產(chǎn)生的應(yīng)力波，通過壓電裝換芯片將應(yīng)力波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，信號(hào)采集裝置采集到電信號(hào)進(jìn)行處理和分析，就能夠?qū)植糠烹娺M(jìn)行檢測。

根據(jù)超聲波檢測的檢測原理不同，不同的故障類型表現(xiàn)的故障特征不同：（1）尖端放電產(chǎn)生的超波檢測特征的幅值譜比較雜亂，參差不齊，放電脈沖主要表現(xiàn)在負(fù)半周期。（2）懸浮放電特征放電間隔和放電幅值都比較穩(wěn)定，放電過程比較均勻，并且呈現(xiàn)出一定的連續(xù)性。（3）顆粒放電超聲波檢測的幅值不穩(wěn)定，規(guī)律性較差。

總結(jié)

氣體絕緣組合電器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍，并且GIS具有眾多的應(yīng)用優(yōu)勢，本文主要分析了GIS 的局部放電缺陷，分析了造成該缺陷的主要原因，以及超高頻檢測和超聲波檢測技術(shù)，探究了GIS內(nèi)部尖端放電、懸浮放電和顆粒放電不同的檢測特征，為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了技術(shù)手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]喬勝亞，周文俊，王勇，熊俊，鄭宇.典型吸附劑對(duì)GIS固體絕緣介質(zhì)放電特征氣體變化規(guī)律影響[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)：1-10[2018-01-07].

[2]丁登偉，唐誠，高文勝，劉衛(wèi)東，姚森敬，趙宇明.GIS中典型局部放電的頻譜特征及傳播特性[J].高電壓技術(shù)，2014，40（10）：3243-3251.

[3]湯何美子. 基于特高頻法的GIS局部放電典型缺陷類型放電特性的研究[D].山東大學(xué)，2013.