淺談110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修的重要性

陜西恒源投資集團(tuán)發(fā)電有限公司 李小龍

引言

GIS開關(guān)采用SF6氣體為絕緣介質(zhì)，是利用SF6氣體絕緣密封處理后形成的開關(guān)高壓電氣集合設(shè)備。GIS屬于線套管、母線、導(dǎo)線中段、隔離開關(guān)、電壓互感設(shè)備、快速接地開關(guān)、斷路器等設(shè)備共同組成的成套結(jié)構(gòu)，其主要特點為占地面積較小，110kV GIS開關(guān)的面積僅為常規(guī)設(shè)施的50%，且GIS開關(guān)內(nèi)部零件均可通用，常規(guī)生產(chǎn)車間便可完成組裝，可顯著縮短設(shè)備生產(chǎn)周期。同時，GIS開關(guān)采用SF6為絕緣氣體，內(nèi)部各個部件均處于密封狀態(tài)，可有效規(guī)避周邊環(huán)境的不利影響，避免外界氣體或煙霧的干擾，也可以對外界的輻射與電場產(chǎn)生屏蔽作用，進(jìn)而提高設(shè)備的穩(wěn)定性[1]。另外，GIS開關(guān)采用SF6氣體為非可燃性氣體，具有較高的滅弧水平，可顯著提升系統(tǒng)運(yùn)作的穩(wěn)定性，降低檢修壓力。

110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修的主要目的檢測各類運(yùn)行參數(shù)、評估運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而確定是否存在故障，并采取針對性措施處理各類故障，以確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。通過該110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修可及時發(fā)現(xiàn)GIS開關(guān)運(yùn)行期間存在的潛在危險與故障，并可為110kV線路檢修人員提供數(shù)據(jù)支持，確保各類故障及時清除，使110kV GIS開關(guān)處于高效安全運(yùn)行狀態(tài)。同時，110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修能夠顯著提高開關(guān)的可用率，顯著減少被迫性停運(yùn)、事故檢修次數(shù)，縮短檢修時間、降低檢修成本，并可延長110kV GIS開關(guān)使用過壽命，使110kV線路處于高效安全運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而為用戶提供高質(zhì)量的電力服務(wù)[2]。

1 110kV GIS開關(guān)常見缺陷與故障分析

1.1 110kV GIS開關(guān)常見缺陷分析

現(xiàn)階段，110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修技術(shù)日趨成熟完善，技術(shù)人員依據(jù)設(shè)備內(nèi)部缺陷形成及發(fā)展過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，可進(jìn)行缺陷及故障的準(zhǔn)確評估，并可依據(jù)評估結(jié)果制定系統(tǒng)檢修方案。目前常用帶電檢測技術(shù)可檢出機(jī)械型缺陷、局部放電缺陷、發(fā)熱型缺陷等常見缺陷，其中機(jī)械型缺陷包括材料類、裝配類及異物類等不同缺陷，發(fā)熱型缺陷主要包括電壓致熱、電流致熱等類型，局部放電缺陷主要包括電暈放電、懸浮電位、自由金屬微粒等。

1.2 110kV GIS開關(guān)常見故障分析

氣體泄露及水分含量過高。氣體泄露為110kV GIS開關(guān)常見故障，出現(xiàn)故障的位置多為管路接頭、焊接點、密封面等區(qū)域，產(chǎn)生故障的誘因與焊縫沙眼、密封墊老化等。設(shè)備內(nèi)部SF6氣體濃度降低至動作水平前需及時為其充氣，如未能及時充氣，導(dǎo)致GIS開關(guān)內(nèi)部氣體濃度過低，進(jìn)而導(dǎo)致其保護(hù)動作停運(yùn)。水分含量過高主要指空氣中水分經(jīng)由SF6氣體泄露的位置進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，進(jìn)而導(dǎo)致SF6氣體含水量升高，如水分含量過高，可導(dǎo)致GIS開關(guān)產(chǎn)生閃絡(luò)放電等問題。

內(nèi)部放電與內(nèi)部元件故障。GIS開關(guān)內(nèi)部均存在雜質(zhì)，部分設(shè)備安裝期間操作不當(dāng)，導(dǎo)致絕緣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或不同部件間碰撞，進(jìn)而導(dǎo)致閃絡(luò)放點等問題。誘發(fā)GIS開關(guān)內(nèi)部放電的因素較為復(fù)雜，主要包括如下幾點：第一，GIS開關(guān)絕緣材料存在質(zhì)量問題；第二，GIS開關(guān)內(nèi)部存在金屬顆粒等導(dǎo)電微粒；第三，GIS開關(guān)內(nèi)部導(dǎo)體不平整或?qū)w接觸不良，導(dǎo)致電暈放電等問題。GIS開關(guān)內(nèi)部包含多種元件，而內(nèi)部元件故障主要指互感器、套管、母線、接地開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、隔離開關(guān)等在多因素影響下產(chǎn)生故障。

2 110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修主要技術(shù)及檢修要點

2.1 紅外檢測技術(shù)

紅外檢測技術(shù)多采用紅外熱像檢測模式，檢測期間通過對設(shè)備熱分布狀態(tài)的分析判斷其運(yùn)行是否存在異常。紅外熱像技術(shù)的主要優(yōu)勢為檢測范圍較廣，可及時檢查大部分設(shè)備缺陷。110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修中應(yīng)用紅外熱像檢測期間，如設(shè)備溫度異常，可將其劃分為外部發(fā)熱與內(nèi)部發(fā)熱。外部發(fā)熱多表現(xiàn)為法蘭固定螺栓、導(dǎo)流排連接面等存在發(fā)熱，罐體的側(cè)面與底部也可發(fā)熱，發(fā)熱部位可產(chǎn)生較大幅度的升溫，且熱輻射面積較小[3]。內(nèi)部發(fā)熱多發(fā)生于隔離開關(guān)、斷路器及導(dǎo)體對接等區(qū)域，可導(dǎo)致罐體上部溫度升高，并可導(dǎo)致大面積熱輻射。如確認(rèn)為內(nèi)部發(fā)熱，溫差范圍達(dá)到3K，技術(shù)人員需及時停電，并測定回路電阻，也可進(jìn)行解體處理。如無法確定內(nèi)部或外部發(fā)熱，需加強(qiáng)監(jiān)測，結(jié)合實際情況制定檢修方案。

2.2 特高頻檢測

特高頻檢測的基本原理為110kV GIS開關(guān)內(nèi)部產(chǎn)生局部放電，可導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生頻率較高的電磁波，通過對此類電磁波信號的檢測評估可及時發(fā)現(xiàn)局部異常放電情況。特高頻檢測設(shè)備主要包括分析診斷、信號處理、UHF傳感等單元，可完成信號的采集與傳輸、信號調(diào)整與模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分析診斷，將其應(yīng)用于110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修中需在GIS開關(guān)中安裝傳感器，并采集特高頻信號，進(jìn)而實現(xiàn)對局部放電的準(zhǔn)確檢測評估。

2.3 超聲波檢測

超聲波檢測系統(tǒng)主要包括超聲波傳感器、放大器、檢測主機(jī)等設(shè)備，具有較高的抗電磁干擾能力，可準(zhǔn)確定位放電區(qū)域，但檢測過程易受機(jī)械振動干擾，檢測范圍偏小。110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修中應(yīng)用超聲波檢測期間，如發(fā)現(xiàn)信號峰值幅度或有效值大于環(huán)境噪聲，則可確認(rèn)GIS設(shè)備中存在異常信號，而通過進(jìn)一步深入分析可確定懸浮放電、局部放電、電暈放電等缺陷類型，以便于技術(shù)人員采取適宜的檢修方案。

2.4 日常檢修

110kV GIS開關(guān)狀態(tài)日常檢修主要包括規(guī)范化巡檢、補(bǔ)充SF6氣體、更換輔助二次元件、更換空氣機(jī)潤滑油、箱體維護(hù)、檢查維護(hù)互感器二次接線、金屬部件防腐、檢查維護(hù)避雷器、帶電撿漏等，也需完成電流互感器、隔離開關(guān)、斷路器、接地、母線單元等檢修。開展日常檢修期間，技術(shù)人員需準(zhǔn)確把握如下要點。

第一，斷開電源，確認(rèn)無電壓狀態(tài)下釋放斷路器、刀閘能量，使氣動彈簧機(jī)構(gòu)處于合閘位置，內(nèi)部氣壓為0。彈簧機(jī)構(gòu)需進(jìn)行分閘與合閘操作，確認(rèn)無異常后可將其放置于分閘位置。回收SF6氣體，確認(rèn)無異常后可將組合電器拆除。檢查氣室內(nèi)部氣壓，確認(rèn)氣壓為0后可將氣室封板打開，操作后全部技術(shù)人員需遠(yuǎn)離現(xiàn)場約30分鐘后方可繼續(xù)開展后續(xù)操作。開展操作期間，工作人員需站立于上風(fēng)位置，戶內(nèi)設(shè)備檢修前需在通風(fēng)處理15分鐘后監(jiān)測SF6氣體含量及氧含量，確認(rèn)無異常后可進(jìn)入內(nèi)部進(jìn)行操作，且操作中通風(fēng)設(shè)備需持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

第二，抽真空過程中需將電磁閥設(shè)置于真空泵進(jìn)氣口區(qū)域，如氣室周邊存在高壓帶電體，需保證主回路接地可靠。上述操作進(jìn)行過程中，不得對設(shè)備進(jìn)行加壓試驗，并確保抽真空設(shè)備質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)由SF6氣瓶中引出氣體期間，需利用減壓閥控制壓力，首次充氣過程中，需在充氣裝置中安裝安全閥，以避免過高的充氣壓力損壞設(shè)備。

第三，110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修現(xiàn)場溫度需為5℃以上、濕度需在80%以下，并采取適宜的防潮與防雨措施。設(shè)備安裝過程中，技術(shù)人員需嚴(yán)格限制氣室在空氣中暴露的總時間，且對安裝及對接過程中保證氣室內(nèi)部清潔，暫時無需進(jìn)行裝配的零件需妥善防潮與防塵，避免損傷。操作期間需測試回路電阻是否符合要求，保持密封槽內(nèi)部清潔及密封件完好，確保法蘭螺栓緊固，法蘭均勻排列。確認(rèn)SF6氣體質(zhì)量達(dá)標(biāo)及充氣管道清潔后實施充氣，充氣過程中需規(guī)范完成相關(guān)操作，避免空氣進(jìn)入內(nèi)部。完成充氣后需進(jìn)行濕度、純度檢測。

第四，開啟氣室后需及時密封法蘭孔，設(shè)備抽真空過程中需控制連接管路長度為5米以下，不建議通過抽真空時間評估真空度，如采用液相充氣技術(shù)，需倒放充氣裝置、底部成角約30°，以確保操作效果。如周邊環(huán)境溫度過低，SF6氣體液化難度較高，需采取有效的措施確保加熱鋼瓶，適當(dāng)提高充氣速度，且在鋼瓶內(nèi)部壓力低于0.1MPa后需及時停止充氣。完成充氣后稱重鋼瓶，準(zhǔn)確計算斷路器內(nèi)部氣體質(zhì)量；第五，110kV GIS開關(guān)狀態(tài)日常檢修期間需妥善做好防火措施，確保外殼接地正常，接地區(qū)域未產(chǎn)生變形或銹蝕、無過熱等問題。

2.5 110kV GIS開關(guān)發(fā)熱型缺陷檢修要點

110kV GIS開關(guān)罐體多包括SF6氣體、金屬導(dǎo)電回路、盆式絕緣子、金屬外殼等組成部分，采用紅外檢測技術(shù)可準(zhǔn)確采集設(shè)備的熱像信息，并可分析110kV GIS開關(guān)存在的電流致熱隱患。比如某地區(qū)進(jìn)行110kV GIS開關(guān)狀態(tài)狀態(tài)檢修期間，采用紅外檢測技術(shù)發(fā)現(xiàn)CT氣室熱像圖相溫度差為2℃以上，分析其原因為外殼接地不充分，為此技術(shù)人員采取追蹤檢測模式，分析此類缺陷的變化趨勢，必要情況下停電處理缺陷，以確保110kV GIS開關(guān)穩(wěn)定運(yùn)行。某地區(qū)進(jìn)行110kV GIS開關(guān)狀態(tài)狀態(tài)檢修期間，通過紅外線檢測技術(shù)發(fā)現(xiàn)斷路器套管接頭區(qū)域溫度過高，其主要原因為接觸不良，為解決此類缺陷，技術(shù)人員采取追蹤檢測模式，評估缺陷發(fā)展趨勢，必要情況下停電處理缺陷，以確保110kV GIS開關(guān)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.6 110kV GIS開關(guān)局部放電缺陷與機(jī)械性缺陷檢修要點

如狀態(tài)檢修期間發(fā)現(xiàn)110kV GIS開關(guān)局部放電，需采用移動傳感器確認(rèn)最大信號的準(zhǔn)確位置，并在最大信號所在圓周內(nèi)部確認(rèn)最大信號位點，結(jié)合信號的范圍定位信號發(fā)出的位置。確認(rèn)最大信號準(zhǔn)確位置后，技術(shù)人員需在最大信號區(qū)域放置傳感器，并通過頻率法確定放電源的準(zhǔn)確位置，完成操作后可調(diào)整檢測帶寬，評估信號變化的具體情況，如信號未產(chǎn)生顯著變化，則可認(rèn)為屬于GIS導(dǎo)體信號，如產(chǎn)生顯著變化，則屬于殼體信號。

為確定局部放電的準(zhǔn)確類型，技術(shù)人員需采用相位模式完成相關(guān)測試，詳細(xì)評估觀察點分布的具體特點，并依據(jù)具體相位特征判斷為懸浮放電或電暈放電。確認(rèn)缺陷類型后，技術(shù)人員需評估分析缺陷的嚴(yán)重程度，并制定適宜的監(jiān)測周期，監(jiān)測缺陷發(fā)展趨勢，及時停電清除缺陷，以確保110kV GIS開關(guān)穩(wěn)定運(yùn)行。110kV GIS開關(guān)機(jī)械型缺陷檢修期間可采用全新的X線數(shù)字透視成像系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可檢出異物缺陷、裝配缺陷、材料缺陷等，技術(shù)人員通過對缺陷的可視化觀察可確定缺陷的影響范圍，必要情況下停電處理缺陷，以確保110kV GIS開關(guān)穩(wěn)定運(yùn)行。

3 提升110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修質(zhì)量的策略分析

3.1 網(wǎng)格化管理

110kV線路中GIS開關(guān)數(shù)量較多，為提高檢修效果，技術(shù)人員需為GIS開關(guān)建立檔案，并采取網(wǎng)格化管理模式，詳細(xì)歸檔整理GIS開關(guān)的運(yùn)行記錄、試驗資料及交接驗收記錄等。技術(shù)人員定期分析研究各個GIS開關(guān)的數(shù)據(jù)，并制定適宜的檢修策略，以提高110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修的整體質(zhì)量。

3.2 明確110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修的內(nèi)容與技術(shù)要點

開展110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修期間，技術(shù)人員需綜合運(yùn)用傳感器技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)，實時監(jiān)測分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時處理各類故障，以確保線路安全穩(wěn)定性運(yùn)行。110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修的重點內(nèi)容應(yīng)包括設(shè)備狀態(tài)檢查及故障診斷，評估GIS開關(guān)的可靠性，進(jìn)而確定合理的檢修方案。在狀態(tài)檢修的過程中需重點分析研究GIS開關(guān)的絕緣狀態(tài)，通過在線監(jiān)測與停電檢測相結(jié)合的方式確定是否存在漏電流、局放及介損等問題。同時，需采用光信號傳感、聲譜色度變化等技術(shù)了解機(jī)械參數(shù)與物理參數(shù)是否存在異常，并分析總結(jié)GIS開關(guān)的電氣參數(shù)及老化情況，分析電弧狀態(tài)與電弧電壓的相關(guān)性，并依據(jù)分析結(jié)果制定合理的檢修方案。

3.3 妥善處理各類故障

110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修期間，技術(shù)人員需加強(qiáng)技術(shù)學(xué)習(xí)研究，熟練掌握各類故障的準(zhǔn)確處理方法，及時處理局放、漏氣等故障，在實踐中不斷總結(jié)研究相關(guān)經(jīng)驗，制定合理的狀態(tài)檢修工作流程，以促進(jìn)110kV線路供電質(zhì)量提升。

綜上，110kV GIS開關(guān)狀態(tài)檢修對維持供電穩(wěn)定安全具有重要意義，維持相關(guān)技術(shù)人員需提高重視程度，加強(qiáng)技術(shù)研究分析，結(jié)合實際情況制定合理的檢修策略，以促進(jìn)狀態(tài)檢修工作高質(zhì)量完成。