GIS（HGIS）设备运行过程实时监测手段探讨

姚兆民

（山西省电力公司检修公司，山西 太原 030032）

随着电网建设的发展，GIS组合电器以占地面积小、可靠性高、安全性好、安装周期短、检修周期长等优点，在电力系统中使用日趋增多。由于GIS设备是全封闭的，所有带电部分均在金属外壳内，其绝缘性能不受外界环境的影响，造成其在运行过程中如果内部发生异常或故障，仅通过运行人员的日常巡视是很难及时发现的,而定期对设备的周期试验也存在及时性问题，设备运行中也应尽可能避免为了检查目的而分解设备，以保证不会由于水份、灰尘等影响而损害GIS设备的运行性能。通过发展外部诊断、监视法可减小不必要的拆卸检修工作量，从外部进行各种测量，可监视、诊断其内部状态及性能的好坏。因此，GIS设备的运行监测手段也需要不断完善。

1 GIS（HGIS）设备运行中常见故障及原因

1.1 SF6气室漏气

SF6气室漏气是较常见的故障，约占整个故障的40%左右，发生漏气以后需要补气以保证正常工作压力。漏气严重的将造成设备被迫停运，如处理不及时可能引发设备内部放电，造成故障处理范围和难度增大。

这类故障通常发生在设备密封连接部位、焊接点以及管路的接头处，主要原因是由于密封垫老化、焊缝出现砂眼、安装过程工艺不精细、接头附件质量不过关等引起。

1.2 SF6气体微水超标

SF6气体含水量太高易引起绝缘子或其他绝缘件内部闪络。

这类故障通常与气体泄漏有密切关系，在气体向外泄漏的同时，外部的水分也向气室内部渗透，导致SF6气体含水量增高。

1.3 内部放电

运行过程中的GIS设备内部放电可能导致绝缘击穿闪络、内部接地短路、部件过热等，造成设备损坏。

这类故障的产生是由于导体表面存在毛刺等突出物、固体绝缘材料内部存在气泡等缺陷（见图1）、制造过程中环境差导致GIS内部不清洁有残杂物、装配不精细、安装过程中不遵守工艺规范、运输中的意外碰撞和绝缘件质量低劣等原因引起。

图1 内部缺陷示意图

1.4 基础下沉及母线筒本体位移

设备本体发生位移超过限度会导致设备外壳连接处变形，发生漏气或内部接头接触松动等故障。

这类故障主要是由于设备基础下陷变形、伸缩节固定螺栓调整余度不合理、设备安装地环境温差变化较大等原因引起。

1.5 断路器机构渗漏油或打压频繁等其他故障

机构压力严重降低会导致断路器分合闸闭锁，必要时需采取紧急停运措施处理。

这类故障大多是由于机构密封圈老化、安装位置偏移或储压筒漏氮等原因引起。

2 目前设备异常监控及判断手段

2.1 加强运行人员巡视

通过运行值班人员的例行巡视，对设备外观检查、SF6气体压力观测、测温检查发热点以及有无明显放电等异常声响进行日常监控。通过人员的巡视可以发现一些能看到或听到的明显异常现象，但对设备内部轻微放电、气体微水变化以及轻微漏气等变化比较缓慢的故障隐患，却无法及时发现和有效判断。

2.2 定期进行例行试验和检修

GIS设备运行中定期进行SF6气体微水检测、气体成分检测、局部放电检测等试验，一般为一年一次。GIS设备的小修周期一般为3~5年，大修一般为8~10年，部分设备检修试验，如回路电阻测试等只有在停电检修时才可以做。异常的判断要依靠定期的试验数据判别。因此，隐性故障还是难以及时发现，故障加剧和扩大的几率增大。

3 各类异常及故障在线监测手段应用

3.1 SF6气体密度压力、微水在线监测

采用一体化的GIS气体密度压力及微水采集装置（见图2）是设备在线运行监测的有效手段。对GIS系统中各气室的SF6气体进行压力、温度、微水数据检测，实现就地采集与处理，同时远传上报密度、压力、温度及微水含量信息，并进行超限报警，从而实现在运行过程中对SF6气体密度、微水进行实时、远程监测以及历史数据分析，加强监测手段，更好地保证设备安全、稳定运行，如图3所示。

图2 密度微水监测系统结构图

图3 密度微水监测应用实例图

3.2 内部放电故障的前期监测

GIS内部放电会发出不正常的声音、振动，产生的放电电荷和声波，也会通过SF6气体和外壳传出具有某些特征的声音。

可采用超高频（UHF）检测与振动检测相结合进行设备内部放电的在线监测。超高频（UHF）检测是通过外置式UHF传感器，定向接收从盆式绝缘子或套管法兰缝隙辐射出来的超高频电磁波信号，实现对局部放电缺陷的检测和定位。振动检测是在GIS设备外壁安装振动加速度表，用于检测局部放电引起的振动，判断局部放电情况。局部放电在线监测系统结构图，如图4所示。监测装置安装在GIS本体上（见图5），可完成放电信号采集、数据处理分析、超标报警等，将多台监测单元的数据通过一条通讯电缆传输到附近的集控单元，实现远程掌握GIS运行状态。

3.3 设备本体位移监测

采用位移传感器监测GIS设备整体位移变化。位移传感器通过电位器元件将机械位移转换成电阻或电压输出。将传感器安装在GIS设备本体每个伸缩节上，实时位移监测，并将变化数值进行远传，当位移大于规程要求时，可实现超限报警。

3.4 其他监测手段

图4 局部放电在线监测系统结构图

图5 局放在线监测应用实例图

运行人员或检修人员按周期对GIS设备进行监测，采用红外成像仪对设备整体各部位进行测温检查，重点对断路器操作机构检查完好，同时对设备运行环境等方面存在的隐患进行检查处理。

4 监测应用过程注意事项

①各类在线监测装置在运行中可能存在故障或损坏，应通过数据观察和分析，再通过定期试验的数据对比，才能及时发现并更换故障设备，确保装置系统有效运行。②加强设备检修工作，规范GIS设备检修流程，严格按检修工艺要求开展检修工作。利用停电机会定期对断路器操作机构进行维护检修。③建立GIS设备各类运行数据记录台帐，对运行维护人员进行数据分析培训，采用数据纵横对比分析法进行数据变化的掌握。

5 结束语

随着500 kV变电站无人值班管理模式的推进，设备在线监测的实际应用的重要性逐步凸显。目前，500 kVGIS设备各类在线监测手段的应用仅体现在局部监测功能的应用，没有一个完整的应用规范，这需要在设备运行管理过程中逐步探索和积累经验。

[1]张云.GIS运行中常见故障分析及处理方法[J].冶金动力,2004（1）.

[2]邱毓昌.用特高频法对GIS绝缘进行在线监测[J].高压电器,1997（4）.