GIS解决方案-要点

GIS常见问题的解决方案

一、方案背景说明

1、方案设计的目的

长期以来，电网设备检修采用定期检修和故障检修相结合的模式。定期检修模式建立在以往设备运行统计规律基础之上，在多年的生产实践中有效地保障了电网的安全运行，避免了许多设备事故的发生。但随着技术进步和电网快速发展，定期检修方式越来越难以适应电网发展和公司发展的需要，传统检修模式缺点针对性差，存在“小病大治，无病也治”的盲目现象，设备过修失修现象并存。随着电网规模迅速扩大，定期检修工作量剧增，检修人员紧缺、停电安排困难问题日益突出。而且以周期性停电例行试验为基础的状态检修工作存在诸多不足，如：停电压力大、停电例行试验无法及时反映设备状态的变化趋势、停电例行试验缺陷检出率低等问题。基于以上情况，国网正全力推进和建设以“带电检测”为主的状态检修体系，通过强化带电检测项目的实施，及时准确的评价设备状态，做到“应修必修”，防止出现“过修、失修”。在实施状态检修新体系后，将较大程度的减少常规停电检修设备，延长停电检修周期，提升电网运行可靠性，降低安全风险。通过对GIS实行特高频、超声波局放检测，对罐式断路器实行超声波局放检测，进一步提高对设备的运行状态的诊断水平。

2、GIS设备的现状

GIS是气体绝缘金属全封闭组合电器的英文缩写，是近几十年发展起来的高、精、尖输变电设备，该设备技术先进，维护工作量小，运行可靠性高。GIS设备发展速度非常快，从开始的几千伏等级已经发展到220KV、500KV、750KV等级，有些国家正在发展1000KV等级的GIS。

GIS 设备事故和重大缺陷有上升趋势，需要重点关注。进入二十一世纪后，伴随着 GIS 设备应用的显著增多以及设备的国产化，GIS 设备事故和重大缺陷总数及缺陷率在各级电网中有一定的上升趋势，在220 k V等级电网中较为明显。以广州情况为例，2009年共发生紧急（大）缺陷15 次，紧急（重大）缺陷率为 2.80 次/百间隔·年。其中，220 k V 等级的 GIS 设备缺陷率为 6.12次/百间隔·年，而 110 k V 等级中的设备缺陷率仅为 1.59 次/百间隔·年。2010 年度共发生紧急（重大）缺陷31次，紧急（重大）缺陷率为3.19次/百间隔·年。

二、方案总体规划

1、GIS设备设备功能结构

GIS 设备由断路器、隔离开关、接地开关、母线、电流互感器、电压互感器、避雷器、就地控制柜、电缆终端等元件组成。从功能上可划分为：（1）内部传动系统；（2）密封系统；（3）接地系统；（4）SF6绝缘系统；（5）储能系统；（6）电气控制系统等。

GIS实物图如下：

GIS结构图如下：

2、GIS设备常出现的问题

GIS 设备的各组成单元，其面临的工作场景、分担的任务与实现功能上具有明显的差异性，例如内部传动系统关系到GIS 设备的正常运转，而密封系统更多是涉及SF6气体泄漏与渗漏气隔

2.1气体泄漏

气体泄漏是较为常见的故障，使GIS需要经常补气，严重者将造成GIS被迫停运。

2.2水分含量高

SF6气体水分含量增高通常与SF6气体泄漏相联系。因为泄漏的同时，外部的水汽也向GIS其室内渗透，致使SF6气体的含水量增高。SF6气体水分含量高是引起绝缘子或其他绝缘件闪络的主要原因。

2.3内部放电

运行经验表明，GIS内部不清洁、运输中的意外碰撞和绝缘件质量低劣等都可能引起GIS 内部发生放电现象。

2.4内部元件故障

GIS内部元件包括断路器、隔离开关、负荷开关、接地开关、避雷器、互感器、套管、母线等

盆式绝缘子上端的触头端面有撞击的沟痕

3、GIS设备产生局放的原因

GIS设备的局部放电是由其绝缘缺陷造成的，大致可以分为：

3.1自由金属颗粒

不同形状和材料的金属颗粒来自零部件加工制造、装配、运输和运行中的操作或灭弧过程中。在电场力的作用下，它在GIS腔体内部会发生移动。金属颗粒的形状和位置会影响设备的绝缘水平，其中丝状颗粒危险程度最大。当移动到高场强区会形成导电通道，导致绝缘击穿。因此金属颗粒故障常认为是最常见的故障。

3.2电位悬浮放电

设备内部某些金属部件因安装工艺不良导致松动或者接触不良，在运行过程中可能造成电位悬浮，形成局部放电，缩短电气距离，耐压水平降低。

断路器B 相灭弧室动触头拉杆松脱

3.3导体或外壳上的突起或毛刺（电晕放电）

金属导体表面的突起物、加工残留的毛刺等。这些缺陷会造成电场严重集中，导致击穿放电。

3.4绝缘子上的颗粒故障（沿面放电）

移动到绝缘子上的颗粒有许多种行为方式，它可能在绝缘子四周移动，并可能放电、充电

等，这与水平绝缘子有关系。它也可能固定到绝缘子上，并向绝缘子表面放电，绝缘子表面不是自热绝缘材料，也可能损害表面，从而最终导致击穿。

断路器下侧与CT 气室相连的盆式绝缘子下方对罐体沿面放电

刀闸表面遗留灰尘杂质导致盆式绝缘子沿面放电

3.5机械振动（空穴放电）

GIS中几种典型的缺陷

4、解决方案

4.1设备简介

XD50局部放电检测仪是我所总结多年局放测量经验研制，系统具备超声波局部放电检测、暂态地电压局部放电检测、超高频局部放电检测和高频局部放电检测四大功能。采用声发射检测技术、暂态地电压检测技术、超高频检测技术和高频检测技术设计，是新一代高性能数字化局部放电检测分析仪器。其完善的功能将使您的检测更加灵活、方便；各种独创的抗干扰技术使您可以在强干扰环境下进行准确测量；友好的用户界面和高速采样刷新速率；提供了多种波形分析、记录手段使您更容易判断放电的性质。系统综合运用了计算机技术、声发射技术、暂态地电压技术、超高频技术、高频技术、模拟电子技术、高速信号采集技术和先进的数字信号处理及图形显示技术，完成局部放电的自动测量和分析。设备主要组成如下图：

设备正面图设备侧面图

接触式超声波传感器非接触式超声波传感器

高频传感器超高频传感器

暂态地电压接触式超声波前置放大器同步信号传感器4.2检测原理

（1）超声波检测原理

GIS内部产生局部放电信号的时候，会产生冲击的振动及声音，GIS局部放电会产生声波，其类型包括纵波、横波和表面波。纵波通过气体传到外壳、横波则需要通过固体介质（比如绝缘子等）传到外壳。通过贴在GIS外壳表面的压电式传感器接收这些声波信号，以达到监测GIS局部放电的目的。因此可以用在腔体外壁上安装的超声波传感器来测量局部放电信号。

图2-1超声波检测局部放电基本原理

（2）超高频检测原理

GIS发生绝缘故障的原因是其内部电场的畸变，往往伴随着局部放电现象，产生脉冲电流，其发生的范围小、过程短，产生的脉冲电流很陡，电流脉冲上升时间及持续时间仅为纳秒（nS）级，该电流脉冲将激发出高频电磁波，其主要频段为0.3—3GHz，该电磁波可以从GIS上的盘式绝缘子处泄露出来，采用超高频传感器测量绝缘缝隙处的电磁波，可以发现局部放电，然后根据接收的信号强度来分析局部放电的严重程度。

图2-2超高频检测法基本原理

4.3检测方法和部位

（1）超声波检测方法和部位

①检测方法

接触式：将传感器放在空气中，记录背景值；再根据上述方法，将传感器放置在被试品外壁上，观察其幅值增量和放电波形。

②检测部位

检测时，每个气隔至少设置一个检测点，断路器、隔离开关、接地开关等有活动部件的气隔要设置多个测点。

③检测注意事项

（a）检测之前，应加强背景检测，背景测量位置应尽量选择被测设备附近金属构架。

（b）检测过程中，应避免敲打被测设备，防止外界振动信号对检测结果造成影响。

图1 超声波测试点图（绿色远点）

（2）超高频检测方法和部位

①检测方法

（a）通过多个间隔的超高频数据纵向比较，找出明显异常的间隔。

（b）观察波形，找出明显异常的间隔。

②检测部位

鉴于超高频电磁波的传播特性，GIS壳体每一个盆式绝缘子处都应该设置检测点。

③检测注意事项

（a）特高频局放检测仪适用于检测盆式绝缘子为非屏蔽状态的GIS设备，若GIS的盆式绝缘子为屏蔽状态则无法检测；

（b）检测中应将同轴电缆完全展开，避免同轴电缆外皮受到刮蹭损伤；

（c）传感器应与盆式绝缘子紧密接触，且应放置于两根禁锢盆式绝缘子螺栓的中间，以减少螺栓对内部电磁波的屏蔽及传感器与螺栓产生的外部静电干扰；

（d）在测量时应尽可能保证传感器与盆式绝缘子的接触，不要因为传感器移动引起的信号而干扰正确判断；

（e）在检测时应最大限度保持测试周围信号的干净，尽量减少人为制造出的干扰信号，例如：手机信号、照相机闪光灯信号、照明灯信号等；

（f）在检测过程中，必须要保证外接电源的频率为50Hz；

（g）对每个GIS间隔进行检测时，在无异常局放信号的情况下只需存储断路器仓盆式绝缘子的三维信号，其它盆式绝缘子必须检测但可不用存储数据。在检测到异常信号时，必须对该间隔每个绝缘盆子进行检测并存储相应的数据；

（h）在开始检测时，不需要加装放大器进行测量。若发现有微弱的异常信号时，可接入放大器将信号放大以方便判断。

图2 高频测试点图（黄色圆圈处）

4.4排除干扰

（1）超声波可能出现的干扰源

① GIS内部互感器本身震动，应先确定内部设备，是否有本身震动的可能。

②变电站附近有大型车经过或大型工程建造，造成整个地面震动，应在排除这种干扰的情况下测试。

③移动传感器时，产生的震动，应稳定后再测试数据。

④照明灯、排风扇等电器的干扰，应关闭干扰源。

（2）超高频可能出现的干扰源

①手机干扰，应在测试期间关闭手机。

②变电站白噪声干扰，应在测试期间尽量关闭日光灯、排风扇、空调等可停设备。

4.5检测过程

（1）超声波检测流程

①涂抹耦合剂；为了保证传感器与壳体良好接触，避免在传感器和壳体表面之间产生气泡，首先要在传感器表面涂抹耦合剂。

②设置参数；将仪器设置为连续检测模式，设置仪器信号频率范围及放大倍数（常规检测时无需设置，可采用内置参数）。

③背景检测（即无缺陷时信号检测）；将传感器经耦合剂贴附在设备构架上，当信号保持稳定时按下“背景”（不同仪器具体按键存在一定差异）按钮。

④信号检测；将传感器经耦合剂贴附在设备外壳上，设置仪器为连续检测模式，观察信号有效值（RMS）、周期峰值、频率成分1、频率成分2的大小，并与背景信号比较，看是否有明显变化。

⑤异常诊断；当连续模式检测到异常信号时，应开展局部放电诊断与分析，包括A、通过应用相位检测模式、时域波形检测模式及脉冲检测模式判断放电类型；B、通过挪动传感器位置，寻找信号最大值，查明可能的放电位置。

⑥数据记录；通过仪器的谱图保存功能，保存检测谱图，包括连续模式谱图、相位模式谱图、时域波形谱图（如有）、脉冲模式谱图（如有）。

局部放电超声波检测法的操作流程如图5-1所示。

图5-1 以相位相关性为基础的检测流程（2）特高频检测流程

①设备连接：按照设备接线图连接测试仪各部件，将传感器固定在盆式绝缘子上，将检测仪主机及传感器正确接地，电脑、检测仪主机连接电源，开机。

②工况检查：开机后，运行检测软件，检查主机与电脑通信状况、同步状态、相位偏移等参数；进行系统自检，确认各检测通道工作正常。

③设置检测参数：设置变电站名称、检测位置并做好标注。根据现场噪声水平设定各通道信号检测阈值。

④信号检测：打开连接传感器的检测通道，观察检测到的信号。如果发现信号无异常，保存少量数据，退出并改变检测位置继续下一点检测；如果发现信号异常，则延长检测时间并记录多组数据，进入异常诊断流程。必要的情况下，可以接入信号放大器。

图5-2现场检测流程图

4.6注意事项

（1）所有作业人员必须具备必要的电气知识，掌握本专业操作技能及《国家电网公司电力安全工作规程（电力线路部分）》的相关内容，并经考试合格；

（2）保证待测设备绝缘良好，以防止低压触电；

（3）在狭小空间中使用传感器时，应尽量避免身体触碰GIS管道；

（4）行走中注意脚下，避免踩踏设备管道；

（5）在进行检测时，要防止误碰误动GIS其它部件；

（6）在使用传感器进行检测时，应戴绝缘手套，避免手部直接接触传感器金属部件；

（7）防止传感器坠落到GIS管道上，避免发生事故；

（8）检测时必须全面检测，不得遗漏；

（9）在检测过程中，必须保证电源零线火线的正确性。通常要求插座为左侧零线，右侧火线；

（10）使用内同步时，必须要从现场检修电源箱或室内墙上插座去电，不能使用逆变电源或发电机供电；

（11）检测时遇有雷电或远方雷声时，应远离设备或停止检测，以保证检测员的人身安全。

（12）在检测过程中，必须保证电源零线火线的正确性。通常要求插座为左侧零线，右侧火线；

（13）使用内同步时，必须要从现场检修电源箱或室内墙上插座去电，不能使用逆变电源或发电机供电；

（14）对每个GIS间隔进行检测时，在无异常局放信号的情况下只需存储断路器仓盆式绝缘子的三维信号，其它盆式绝缘子必须检测但可不用存储数据。在检测到异常信号时，必须对该间隔每个绝缘盆子进行检测并存储相应的数据；

（15）在开始检测时，不需要加装放大器进行测量。若发现有微弱的异常信号时，可接入放大器将信号放大以方便判断。

（16）绝缘缺陷并非一定导致局部放电或持续的局部放电。局部放电经常是断续发生的。投运前和检修后的GIS交接试验中进行局部放电带电检测时，建议用橡胶锤敲击GIS壳体，激发悬浮电位局部放电以增加检测的有效性。

（17）局部放电类型识别的准确程度取决于经验和数据的不断积累，检测结果和检修结果确定以后，应保留波形和谱图数据，作为今后局部放电类型识别的依据。

4.7典型放电图谱

（1）超声波检测法（AE）

时域波形检测模式

（2）超高频检测法（UHF）

通常在进行GIS特高频局放测量时，可能存在如下几种典型的局放信号：电晕放电，空穴放电，自由金属颗粒放电和悬浮电位放电。表2-1简明列举了上述几种局放信号的典型图谱，包括各类信号的PRPS图谱、PRPD图谱和峰值检测图谱，如下表2-1。

表1-4典型缺陷局放图谱分析与诊断

4.8判断依据

表8-1 GIS检测项目、周期和判断标准