提高GIS绝缘故障检出率的方法及应用

刘效真，高占岭，李秀国，郭 峰

（滨州供电公司，山东 滨州 256600）

0 引言

SF6气体绝缘金属封闭开关设备 （Gas Insulated Switchgear，即GIS），是指全部或部分采用气体而不采用大气压下的空气作为绝缘介质的金属封闭开关设备。它利用SF6气体的高绝缘性能，将断路器（CB）、隔离开关（DS）、接地开关（ES／FES）、电流互感器（CT）、电压互感器（VT）、避雷器（LA）等多种设备以及主母线（Bus）组合在一起，减少了开关整体占地面积，除出线套管外，无外露带电体。GIS是变电站的重要组成部分，具有占地面积小、原件全部封闭、不受环境干扰、可靠性高、运行方便、检修周期长、维护工作量少、安装迅速、运行费用低等优点，得到了广泛应用。

虽然有着诸多优点，但是GIS设备在制造、装配及运行过程中，内部可能产生一些缺陷，特别是GIS发生故障时，维修复杂，维修时间长，影响面积大，严重威胁电网的安全稳定运行。因此，从设备交接试验至运行过程中，采取有效的检测手段和监测方法，早期发现缺陷和隐患并及时处理，对电力设备保持健康运行状态至关重要。

1 引起GIS绝缘故障的主要原因

绝缘子表面附着杂质、异物或者固体绝缘材料浇铸件内部存在缺陷，造成局部放电，直至沿面闪络或绝缘击穿。

由于工艺不良、滑动部分磨损、触头烧损及安装不慎等在GIS内部残留金属屑末（或称导电微粒）引起放电。

高压导体表面的毛刺等引发电晕放电。

由于触头接触不良或金属屏蔽罩固定处接触不良造成悬浮电位而引发火花放电。另外，松动的屏蔽罩在操作、电动力冲击震动下发生变形、变位甚至脱落，改变了GIS内部场强分布，致使GIS绝缘强度降低，引发绝缘击穿等严重事故。

绝缘部位受潮，引起绝缘闪络或击穿。

内部绝缘件存在质量缺陷，长期运行后绝缘击穿。

气体泄漏导致内部绝缘强度降低。

由上述原因可以看出，大部分绝缘故障是由缺陷逐渐累积发展而来，从带缺陷运行到最终绝缘击穿导致故障有一个较长的发展过程，这就为提前检测、发现、处理缺陷，避免故障发生提供了条件。

2 GIS检测的传统方法

GB50150－2006《电气装置安装工程电气试验交接试验标准》规定GIS交接试验项目有：测量主回路的导电电阻；主回路交流耐压试验；密封性试验；测量SF6气体含水量等。

GIS设备投运后，因其独特的全密封结构，常规检测项目大都无法在运行状态下开展。因此，对原有试验方法、手段的有效性进行研究和改进，尝试新技术手段在GIS状态检测中的应用，是目前提高GIS运行可靠性的发展方向之一。

3 提高GIS绝缘故障检出率的有效方法

3.1 现场交流耐压试验

GIS交流耐压试验是检测GIS内部绝缘状况、考核其绝缘性能最直接、有效的方法。

目前GB50150－2006《电气装置安装工程电气试验交接试验标准》和 DL／T555－2004《气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则》均规定现场交流耐压试验电压应为出厂试验时施加电压的80%。但随着越来越多的应用实践证明，80%出厂电压试验通过的GIS设备，多次在送电投运过程中或投运不久内部发生绝缘故障。在充分调研的基础上，国家电网公司在2011年下发的《关于加强气体绝缘技术封闭开关设备全过程管理重点措施》中要求：72.5～363 kVGIS的交流耐压值应为出厂值的100%。

按此规定，在对220 kV某变电站110 kVGIS验收过程中，发现一典型案例。试验加压及放电情况如表1所示。

表1 试验加压及放电情况

通过分解试验，最终确定110 kVGIS进线套管A相有绝缘故障。该套管经现场解体发现，屏蔽罩偏离导电杆中心轴12.5 mm（图1），导致绝缘距离不够而放电（图2）。更换套管后，230 kV／1 min耐压通电压及投运后进行带电测试 （U为rGIS额定电压），无明显局部放电信号。

3.2 局部放电检测

有技术人员对该试验项目的必要性和有效性产生过怀疑，但实际上有些缺陷在尚未形成贯穿性通道的情况下，能够承受交流耐压试验。该试验电压以252 kV为例＝175 kV），大于设备运行电压（145 kV），在该电压下进行局部放电测试，能在投运之前发现缺陷，做到早发现、早处理。

图1 屏蔽罩偏离图

图2 套管放电痕迹

在对某110 kVGIS进行该项目试验时，发现一次缺陷。试验过程如下：在电压下进行超声波局部放电测试，发现一CT气室局部放电信号明显，图谱连续模式和相位模式如图3所示。

图3 连续模式

由超声波图谱可知，该信号在连续模式下有效值和峰值都增大，信号稳定，而50 Hz相关性明显，100 Hz相关性较弱。初步判定为毛刺放电，但根据相位模式判断，又像典型的震动图谱。利用超高频局部放电测试仪进行检测，无局部放电信号，因此可判断该超声信号来自于震动。根据声信号在GIS中的传播方式（图4），判定声源不在外壳上。

图4 不同噪声源在GIS中的传播

打开该CT间隔进行检查，发现CT一固定螺丝松动。经厂家处理后，局部放电信号消失。

3.3 超声波和超高频相结合进行带电检测

超声波检测对发现自由颗粒、振动、悬浮电位等GIS设备内部故障有较高的灵敏度，而对绝缘子内部缺陷、绝缘子表面脏污及电场异常等故障类型灵敏度较低；超高频局部放电仪反映灵敏，并且可以区分局部放电和机械震动信号。二者优势互补，结合应用，才可以对缺陷进行定性、定量、定位的状态评价，为检修工作提供依据。运用此方法发现了山东省首例GIS重大缺陷。

220 kV某变电站110 kVGIS验收时，耐压试验过程中曾发生过多次放电情况，经过反复解体处理，通过了现场交流耐压试验并顺利投运。在设备隐患排查工作期间，对其进行超高频局部放电监测，发现有较强的放电信号，定期复测，信号有增长趋势，2010年6月，分别用超高频和超声波局部放电测试仪进行了进一步复测和分析。

超高频局部放电测试情况。通过对GIS母线上盆式绝缘子进行超高频信号测量，结果显示备用六间隔两侧1号母线上的两个盆式绝缘子上超高频放电信号最强（图5），其他盆子上的信号明显较弱，因此确定了放电气室为1号母线上备用六间隔所在气室。

超声波局部放电测试情况。用超声波局部放电检测仪对放电气室进行逐点测试，测试结果显示放电信号最强点出现在1号母线上备用六间隔－1刀闸A相下方，其信号较其他部位有明显增长。所测最大超声信号峰值达38 mv（图6），且具有较强的100 Hz相关性，对信号进行相位模式（图7）分析，信号图谱与标准的悬浮放电图谱较为相似，初步诊断为悬浮放电类型。

图5 超高频信号图谱

图6 连续模式

图7 相位模式

将设备停电后解体检查，检查气室内无异常，更换有怀疑缺陷的绝缘子后，送电正常，局部放电信号消失。将有怀疑缺陷的A相支柱绝缘子进行X光探伤，发现内部有明显裂纹（图8），裂纹由内而外还没有延伸到表面，所以该绝缘子外观检查无异常。对A相支柱绝缘子进行局部放电测试，在电压升至50 kV时，即出现大于500 pC的明显局部放电信号。

图8 绝缘子内部裂纹

根据试验结果可以确定，110 kVGIS在运行过程中所测得的异常局部放电信号即来自于设备A相支柱绝缘子。

4 结语

在GIS设备交接时，进行100%出厂电压下现场交流耐压试验，能够发现80%出厂电压下不易发现的绝缘缺陷。

GIS设备投运后，定期使用超声波和超高频局部放电仪相结合的方法进行带电监测，可及时发现缺陷并处理，避免事故扩大化。

以上三种检测手段应用后，可提升GIS设备的状态诊断能力，提高绝缘故障检出率，为电力设备安全稳定运行提供有力保障。

［1］GB50150－2006电气装置安装工程电气试验交接试验标准［S］.

［2］DL／T555－2004气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则［S］.

［3］李秀卫，陈玉峰，王庆玉.提高GIS现场交流耐压试验标准探讨［J］.山东电力技术，2011（2）：22－26.

［4］毛慧卿，李秀国.110 kVGIS局部放电异常分析与处理［J］.山东电力技术，2011（5）：28－30.