(国网龙口市供电公司 山东龙口 265701)
摘要：GIS(gas-insulated metal-enclosed switchgear)指气体绝缘金属封闭开关设备(组合电器)，由它所构成的变电站占地小，运行维护工作量少、检修周期长、安全可靠性高。因此龙口市供电公司近年来新上110kV变电站均采用GIS设备，正是GIS设备具有优越的技术性能，GIS设备的故障往往被大家所忽视，但其万一发生故障，停电范围比常规式要大，检修时间也长，经济损失也要大，所以应对GIS设备的故障有所了解。
关键词：GIS设备；故障
一、GIS设备产生故障的原因
GIS设备产生故障的原因，主要可分成两部分，一是先天的即制造厂和现场安装时造成的；二是后天的即投运运行中出现的。现将其故障原因阐述下。
1.由于先天制造厂造成的故障原因
（1）GIS制造厂的制造车间清洁度差。特别是总装配车间，使金属微粒、粉末和其他杂物残留在GIS内部。
（2）装配的误差大。使可动元件与固定元件发生摩擦，而产生的金属粉末和残屑遗留在零件的隐蔽地方，而没有在出厂前清干净。
（3）在GIS零件的装配过程中，不遵守工艺规程。有零件装错、装漏等现象。
（4）选用的材料不当，材料的质量太差。
（5）在设备运输过程中，还有可能出现机械损伤、受潮、腐蚀等现象。
上述缺陷，在GIS投入运行后，都将造成内部闪络、绝缘击穿，内部接地短路和导体过热等故障。
2.由于先天安装造成的故障原因
（1）由于安装人员不遵守工艺规程使得金属件有划痕、凸凹不平之处而未处理。
（2）安装现场清洁度差，导致绝缘件受潮，被腐蚀；外部的尘埃、杂物侵入GIS内部，没用吸尘器吸去而只用吹去或抹去的方法，反而扩大了污染范围；安装人员没戴塑料手套，清洁好的元件没用塑料薄膜包好，都会产生二次污染；没用清洁的细白布在接触面上涂一层电力脂，然后用细白布抹去电力脂，抹净后立即再涂上一层电力脂，而是直接在接触面涂一层电力脂，易导致接触面的氧化层没消除。
（3）安装装错，装漏等现象。例如屏蔽罩内部与导体间的间隙不均匀；或没有装上去即漏装；螺栓、垫圈没有装或紧固不紧；法兰盘与空气接触的那一侧没涂上一层密封胶，法兰之间的连接，漏装密封圈或安装的密封圈失去弹性或没在密封圈表面涂一层薄薄的电力脂，或没在密封槽里涂一圈密封胶；设备的接地引线漏装或其接头接触没处理好。
（4）与其他工程交叉进行。例如土建工程、照明工程、通风工程没有结束，为了赶工期，强进行GIS设备的安装工作，可能造成异物下落，而没有处理。
（5）螺栓紧固使用活扳手也易损伤设备零件，螺栓紧固后没用力矩扳手测量其规定的力矩值。
上述原因，均能造成闪络击穿绝缘，导体过热等故障。
此外在设备运输过程中，人为造成的事故也有出现。
3.由于后天投运运行中出现的故障原因
（1）GIS设备的密封面、焊接点和管路接头处由于密封垫老化，或者焊缝出现砂眼引起SF6气体泄露。每年因此需要对GIS补充大量的SF6气体来保证正常工作压力。这类故障比较普遍。
（2）经过多年的运行，GIS设备内的SF6气体中含水量持续上升无疑是外部水蒸汽向设备内部渗透的结果。水分子呈V型结构，其等效分子直径为SF6分子的0.7倍，因此水的渗透力极强，而且大气中水蒸汽分压力通常为设备中水份分压力的几十倍，甚至几百倍。在这一压力作用下，大气中的水份会逐渐透过密封件进入气体绝缘设备内，SF6气体含水量太高易造成绝缘子或其他绝缘件闪络。
（3）断路器、负荷开关、隔离开关或接地开关等元件的气体击穿。还有动、静触头在合闸时偏移，引起接触不良。
（4）在GIS内部某些部件处于悬浮电位，导致电场强度局部升高，进而产生电晕放电，GIS中金属杂质和绝缘子中气泡的存在都会导致电晕放电或局部放电的产生。
（5）由于液压机构密封圈老化，或安装位置偏移、或储压筒漏油等原因引起液压机构出现渗漏油或打压频繁等。这类故障在GIS中也比较普遍。
二、GIS设备产生故障的防范
针对上述GIS设备产生故障可采取防范措施，以减少故障的发生。
1、先天故障可采取的防范措施。
（1）在选GIS设备制造厂必须选择资质好的大厂，GIS的导电杆、触头在制造厂要进行反复调试，合格后应清除金属间的金属微粒，保证设备的清洁度。
（2）GIS设备制造厂应严格按规定做过各项试验，试验合格方可以出厂，在运输过程中应包装严密，并充以0.5Mpa SF6气体防潮。
（3）GIS设备安装单位应进行GIS设备学习和培训，必要时应派技术人员到制造厂现场学习和监造。安装人员在进行安装以前必须经过GIS设备安装工艺的培训和考试，考试合格方可以上岗。
（4）GIS设备安装单位必须制定GIS设备现场安装规程和GIS设备现场安装标准化作业指导书。安装人员必须严格按规程和作业指导书工作。
（5）安装过程中，安装人员必须服从制造厂派来的技术人员的指导，关键部位、隐蔽部位的安装要经过双方技术专工的监督和认可方可开工和交工。对法兰盘等金属件有划痕、凸凹不平处要用细砂布打磨平整，安装现场要进行除尘，设备要用塑料薄膜包裹，安装人员要戴塑料手套，保证设备的清洁度。
（6）检验设备安装完毕后，必须对设备进行现场试验，现场试验的数据决定着设备是否符合安装规范的要求，以决定能否投入运行。GIS设备应完全安装好，SF6气体充气到额定密度，已完成主回路电阻测量、各元件试验以及SF6气体微水含量和检漏试验合格后，才能进行耐压试验。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆耐压试验前，应对试品测量绝缘电阻；GIS上所有电流互感器的二次绕组应短路并接地；应隔离高压电缆、架空线、电力变压器和电磁式电压互感器（若采用调频式串联谐振耐压试验装置，且耐压标准一样，也可以与主回路一起做耐压）、避雷器和保护火花间隙,现场试验要分段和分步做，争取在现场做到工频交流耐压试验；操作冲击波耐压试验；雷电冲击波耐压试验，一旦对某一参数有怀疑的，一定要复测一次，试验不合格的，要返工查明原因，直到试验合格。
对GIS设备先天故障采取的上述防范措施可以大大减少GIS设备后天故障的发生，保证GIS设备运行的安全可靠。
2、对GIS设备后天故障采取的防范措施
供电公司除了对运行人员加强管理，加强巡视检查工作外，大都实行在线监控措施，以诊断GIS设备的故障。传统的诊断方法利用物理和化学的原理和手段，通过伴随故障出现的各种物理和化学现象，直接检测故障例如利用振动、声、光、热、电、磁、射线、化学等多种手段，观测其变化规律和特征，用以直接检测和诊断故障。这种方法形象、快捷、十分有效，但只能检测部分故障。故一般都采取下面几种方法：
（1）机械振动法
利用机械振动法检测局部放电，是一种不停电的监测技术。其基本原理是一旦有局部放电发生，就会产生振动，在设备外壁安装加速度测量仪很容易检测出来。因此，检测局部放电可以从探测外壳上的机械振动入手。气体局部放电会产生一定的振动波，经过传递后会在金属外壳上引起轻微振动，采用敏感度高的加速度传感器有可能探测出这种信号，但设备操动机构动作及运行中的噪声会影响对局部放电的监测。区别局放信号与干扰信号的方法有用带通滤波器除去设备自身的振动信号和周围干扰信号的低频成分，以及电气干扰信号的高频成分；进行输入信号的基准值判断，将某一定数值以上的信号作为干扰信号除去；进行与试验电源同期的脉冲调制，对波形的绝对值进行平均化处理调整其周期性，局放信号具有明显周期性，而干扰信号波形是无周期的，以此将二者区分开。
（2）检测管检测法
SF6气体经过长期运行或内部放电会分解出SF4、SOF2、HF、SO2等气体，对这些成分的监测，可以诊断出设备是否有放电发生，或是监测原理类似于变压器油的色谱分析对运行中气体组分进行检测，有助于了解运行中的运行状态和可能潜伏的故障。其工作原理是：通过检测装置从高压电气设备中提取一定体积的SF6气体，分别通过SO2、HF检测管，这些分解产物会在检测管中发生化学反应改变颜色，可根据变色柱的长度，读出SF6气体中的SO2、HF的浓度。
（3）超声波检测法
工作原理是：当电气设备内部发生局部放电时，在放电处产生超声波向四周传播，一直达到电气设备容器的表面。在设备外壁装上压电元件，在超声波作用下，压电元件两个端面上产生交变的束缚电荷，引起端部金属电极上电荷变化或在外回路上产生交变电流。因此，可以检测此电信号来判断设备内部是否发生局放。超声波探测器检测的特点是抗干扰性较强，使用方便，可以在运行中和耐压试验时检测绝缘内部的放电，传感器与设备的电气回路无任何联系，而且便于故障定位。
（4）电测法
利用GIS带电体与缸体的静电电容进行测量，或利用GIS带电部分与缸体保持绝缘的绝缘子的静电电容进行局放监测。使用该方法时可以采用电容耦合法对高压导体进行测量，也可以对外壳的接地线进行测量。用环氧支撑绝缘子中预埋的金属圈来进行测量，金属圈与高压导体之间的电容起耦合电容的作用。如支撑绝缘子中无预埋的金属圈，则可用外部电极法进行测量。在外壳上覆盖一薄绝缘层和一电极片，构成对外壳的电容。由于外壳的接地线有电阻和电感，因此在等值频率很高的局部放电电流流过接地线时，外壳会有一对地电位，通过上述电容耦合加到阻抗上，阻抗上信号经放大后送到显示仪器。
对GIS设备的故障的诊断通过上述各种方法，并通过伴随故障出现的各种物理和化学现象，直接检测故障。利用振动、声、光、热、电、磁、射线、化学等多种手段，观测其变化规律和特征，用以直接检测和诊断故障。利用故障所对应的征兆来诊断故障是最常用、最成熟的方法。在诊断过程中，首先分析设备运转中所获取的各种信号，提取信号中的各种特征信息，从中获得与故障相关的征兆，利用征兆进行故障诊断。
三、GIS设备产生故障的处理方法
采取的防范措施只能减少GIS设备故障，通过诊断判断出GIS的故障后，可采用下列相应的处理措施：
（1）对于SF6气体泄漏，通常先用SF6检漏仪对漏气间隔进行检测，找出漏气点。如果有大量SF6气体泄漏，那么操作人员不能停留在离泄漏点10m以内的地点。直至采取措施泄漏停止后，方能进入该区域。如果电器内部发生故障，在容器内肯定存有SF6电弧分解物，在打开外壳进行清除以后，若检测中可能接触被污染的部件，都必须使用防毒面具，并穿戴好SF6防护工作服。为了保证进入SF6断路器室内的工作人员安全，必须对室内进行通风，按要求，空气中氧气含量浓度不应低于18％。在检漏中，要严格按照产品使用说明书和GIS设备标准化作业指导书执行。检漏仪探头不允许长时间处在高浓度SF6中，但在工作中往往被忽略，探头一旦触及高浓度SF6气体时，表针立即为满刻度，报警强烈。遇到这种情况应立即将探头离开并放到洁净区，待表针恢复正常后再检漏。若为焊缝漏气，将SF6气体回收后进行补焊；若为密封接触面漏气，通常在回收SF6气体后更换密封圈。特别注意不允许SF6气体分解物直接排入大气，少量的应用小苏打溶液的装置过滤后再排入大气，大量的应用专门的SF6气体回收装置，处理固体分解物时，必需用吸尘器，并配有过滤器，凡用过的抹布、防护服、清洁袋、过滤器、吸附剂、用过的苏打粉等均应用塑料袋装好，放在金属容器里深埋，不允许焚烧，防毒面具、橡皮手套、靴子等必须用小苏打溶液洗干净，再用清水洗净，工作人员裸露部分均应用小苏打水冲洗，然后用肥皂洗净抹干，所有在场人员完工后必须立即洗澡。
（2）运行中SF6电气设备的气体纯度控制是非常重要的。气体纯度的高低对电气设备的灭弧性能、绝缘强度以及电气设备的寿命影响很大。我国有关规程规定，断路器用新的SF6气体，水分含量须≤8×10－6。运行中断路器内SF6气体的水分含量，机械特性试验后测量气体的含水量不应超过150×10－6。常用的SF6气体纯度检测方法有气相色谱仪法和气相色谱－质谱（GC-MS）联用分析。对于SF6气体微水超标，通常办法为回收SF6气体后，用氮气反复冲洗、干燥、抽真空，再充入新SF6气体。
（3）对于动、静触头接触不良或母线筒放电等故障，则必须停电解体后查明原因，针对不同故障，更换相应的备件。
（4）对于液压机构渗漏油或打压频繁故障，在停电后需将液压机构泄压，查明原因，更换相应的油封。
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作者简介
王金旭，出生日期：1973年2月2日，男，国网山东龙口市供电公司，高级工程师，国网山东电力集团公司专业库优秀人才。研究方向：变电检修专业。
赵伟，出生日期：1966年8月5日，男，国网山东龙口市供电公司，高级技师，国网山东电力集团公司高级操作技能人才、龙口市劳动模范。研究方向：电气试验专业。
论文作者:王金旭,赵伟
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/17
标签：设备论文; 故障论文; 气体论文; 耐压论文; 信号论文; 龙口市论文; 原因论文; 《电力设备》2016年第23期论文;