GIS设备取消例行停电试验的状态检修方法

邓万婷，陈 敏，刘 睿

（国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077）

GIS设备取消例行停电试验的状态检修方法

邓万婷1，陈 敏1，刘 睿1

（国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077）

以GIS缺陷故障分析、带电检测（在线监测）项目分析为依据，研究了GIS设备取消例行停电试验的可行性。介绍了GIS设备取消例行停电试验后所采用的状态检修方法，能够在不停电情况下实时、准确、方便地掌握GIS设备运行状况，制定相应的检修策略，保证设备的安全可靠运行。

GIS；带电检测；例行停电试验；状态检修

0 引言

近年来电网公司开始实施状态检修模式【1】，以设备状态评价为基础，加强设备状态检测，科学制定检修计划，将检修工作重点从设备停电检修转移到对设备状态的检测、分析和评价、预控，大幅度减少了设备过修、失修，检修工作量明显下降，降低了设备检修、试验成本，设备可靠性明显提高。但由于技术的限制，状态检修仍然存在停电例行试验周期。

随着用电需求和电力设备制造技术的不断发展，电力设备电压等级越来越高，容量也越来越大，电网规模的持续扩大，相应的电力设备单台造价不断攀升，全面检修时间不断延长，人力物力等各项花费也逐步赠加，这与减少停电时间、降低维护成本的电网运营要求及运维人员减少等现状之间的矛盾不断加大。为解决这一问题，需进一步发展在线监测和带电检测以替代例行停电试验【2-3】，最终形成基于非停电试验的状态检修模式。

GIS设备是电力设备最主要最重要的设备之一，是最早开展状态检修的设备之一。目前，GIS设备巡检和例行试验项目包括外观检查、气体密度值检查、操作机构状态检查、红外热像检测、元件试验等，获取的设备状态信息量有限、信息滞后，部分试验项目需要停电才能开展，影响了供电可靠性，且难以满足状态评价和状态管控的要求。为此，对GIS取消例行停电试验可行性及相关状态检修方法开展了研究，并进行了现场验证。

1 GIS缺陷故障分析

GIS设备共有十类主要类型故障，包括金属尖端放电、自由金属颗粒放电、绝缘表面缺陷（包括盆式绝缘子、绝缘拉杆、支撑绝缘子等绝缘件沿面污秽）、绝缘内部缺陷（包括盆式绝缘子、绝缘拉杆、支撑绝缘子等绝缘件内部空穴）、悬浮电位放电缺陷（内部部件松动）、机械振动缺陷（内部部件松动等）、本体破损（开裂、漏气）、发热、操动机构、传动机构缺陷等。

1）金属尖端放电。对金属尖端缺陷而言，超声波、特高频局部放电检测均具有较好的灵敏度，而对于超声波法而言，需要正对放电位置（轴向、圆周）才能具有最高的灵敏度，特高频法则不需要。

2）自由金属颗粒。从绝缘状态评估的角度出发，自由金属微粒放电推荐采用超声波检测方法，其模式识别及危险程度评估与其他缺陷不同，主要采用飞行谱图，对其飞行谱图进行计算，得到飞行高度，进而进行危险程度评估。

3）绝缘表面放电。多年研究结果与检测经验表明，对很强的表面放电，距离放电点很近的特高频内置传感器会有微弱反应；超声波法对绝缘表面放电很难检测出。

4）绝缘内部缺陷。对绝缘内部气隙缺陷，如在盆式绝缘子上，超声波、特高频局部放电检测均能良好反应，但如在绝缘拉杆等位置，由于超声波距离较远，灵敏度会差一些。

5）悬浮电位缺陷。对于悬浮电位放电，其一旦发生放电，往往幅值很大，没有小放电，这一点从超声波、特高频局部放电检测谱图上很容易判别。由于其放电幅值很大，易于导致气体劣化，气体成分分析也能检测到异常，所以认为一旦发生这种放电，就需要进行处理。

6）机械振动缺陷。对于机械振动缺陷，一般通过检测机械振动产生的超声信号、振动信号、局放信号加以诊断。

7）本体破损（开裂、漏气）。一般可通过日常巡视密度继电器或SF6气体压力在线监测发现，当发现密度继电器压力明显下降时，采用SF6气体泄露检测进行准确定位，找出本体气体泄露点，及时对漏气缺陷隐患进行维修处理，有效避免漏气故障对电力系统的影响。另外，日常SF6气体泄露带电检测也是发现GIS设备本体破损（开裂、漏气）的重要手段之一。

8）发热缺陷。对于GIS内部过热缺陷，除可以通过外部罐体红外热像检测发现外，某些情况下还可以通过SF6气体分解产物检测方法检出。GIS外部过热缺陷，主要通过外部罐体红外热像检测发现。

9）操动机构、传动机构缺陷。如果操动机构、传动机构发生部件松动等缺陷，其机械振动情况可通过超声波、振动信号检测方法检出，若同时伴随悬浮电位放电情况时，可通过超声波、特高频局放检测发现；如果操动机构、传动机构存在机械性能缺陷，而未发生明显机械振动与局部放电时，能通过分合闸线圈电流、储能电机电流、行程时间曲线等状态检测方法检出。

综上所述，GIS主要缺陷故障对应的检测方法见表1。

表1 GIS主要缺陷故障对应的检测方法Tab.1 GIS main defect and default detection methods

2 带电检测（在线监测）项目分析

GIS设备带电检测（在线监测）项目主要有：红外成像检测、紫外成像检测、SF6气体分解产物、纯度检测、SF6气体温度、压力、湿度检测、SF6气体泄漏检测、超声波局部放电检测、特高频局部放电检测、X射线数字成像检测、机械特性状态检测等。

1）红外成像检测。通过红外检测的手段能发现GIS设备的发热缺陷【4】，如外壳未充分接地导致外壳发热，插头受潮导致压力表信号接点盒同类相比温差较大、跨接铜排连接螺栓发热、波纹管发热、气室连通金属管发热、内部触指发热导致气室相间存在明显温差、因接触不良导致套管接头发热等。

2）紫外成像检测。通过紫外成像检测GIS设备套管放电情况【5-6】，以检查套管表面污染程度、评估套管是否有绝缘缺陷及其缺陷的程度等。

开展GIS设备局部放电带电检测时，可以通过紫外成像检测GIS设备外部的无线电干扰源，以排除干扰，便于GIS设备内部局部放电缺陷的综合诊断。

3）SF6气体分解产物、纯度检测。通过检测运行SF6电气设备的分解产物【7-10】，可成功判断绝缘沿面缺陷、套管分解产物异常、悬浮电位放电、固体绝缘异常发热等潜伏性缺陷，也能实现事故后的设备故障气室定位。

4）SF6气体温度、压力、湿度检测。通过检测SF6气体密度值的变化，可以判断电气设备是否漏气。SF6中的水分不仅对电气设备绝缘性能、开断性能有影响，而且会对设备内部的金属件和绝缘件性能产生影响。因此，通过对高压电气设备内SF6气体温度、压力、微水含量进行带电检测（在线监测），及时、准确掌握电气设备中SF6气体状态，对电力设备的安全可靠运行非常重要。

5）SF6气体泄漏检测。SF6气体泄露检测能用于GIS设备外部气体泄露点的检测与准确定位【11】，例如，GIS设备顶部安装盘、连接管路砂眼、连接法兰处等。

6）超声波局部放电检测。超声波局部放电检测技术可用于GIS设备【12-13】悬浮电位缺陷、绝缘缺陷、电晕缺陷、自由金属微粒缺陷、及异常机械振动缺陷的检测。

7）特高频局部放电检测。特高频局放试验【14-17】通常用于检测GIS电晕放电，空穴放电，自由金属颗粒放电和悬浮电位放电等典型的局放信号。

8）X射线数字成像检测。利用X射线检测技术对GIS设备进行可视化无损检测【18-20】，能在不解体设备、不破坏环境情况下实现对GIS设备内部情况直观、可靠、准确的评价，可检测出不同的缺陷类型，如工具、装配件（螺栓、螺母和垫片）、干燥剂散落的异物类缺陷，螺丝未拧紧、屏蔽罩松动、隔离开关合闸不到位、隔离开关分闸不到位的装配类缺陷和触头附近腔体内部散落的金属颗粒（铜金属颗粒）、支撑绝缘子内部气泡、操作绝缘杆松脱的材料类缺陷等。

9）机械性能状态检测。通过分合闸线圈电流、储能电机电流、行程时间曲线等机械性能状态检测方法，能够发现断路器机械性能缺陷，且这些方法已得到成熟应用。

10）机械振动检测。基于GIS设备振动情况的检测，能提前发现潜伏性的机械故障或缺陷（异常机械振动），为GIS设备缺陷诊断及分析提供一种新的思路。

GIS不同带电检测（在线监测）项目的用途汇总见表2。

表2 GIS带电检测（在线监测）项目能发现的缺陷故障Tab.2 GIS defect and default discovered by energized test(on line monitoring)

由表1和表2可以看出：现有带电检测（在线监测）技术能对GIS设备主要缺陷故障做到相对有效的全覆盖，取消GIS设备例行停电试验是可行的。

3 GIS取消例行停电试验状态检修方法

将GIS设备取消例行停电试验所需进行的非停电试验检测项目分为非停电例行试验与诊断试验，所述非停电例行试验包括红外热像检测、紫外检测、超高频局部放电检测、超声波局部放电检测、SF6气体湿度检测、SF6气体分解物检测；所述非停电诊断试验是指巡检、在线监测、非停电例行试验等发现设备状态不良，或经受了不良工况，或受家族缺陷警示，或连续运行了较长时间，为进一步评估设备状态进行的带电检测，包括SF6气体纯度检测、SF6气体泄漏检测、X射线数字成像检测、机械性能状态检测、机械振动检测。

所述状态检修方法按以下流程（见图1）进行。

1）按照周期要求开展非停电例行试验，若通过试验结果，能够准确掌握设备状态，则直接制定相应检修策略；若需进一步分析设备状态，则继续开展非停电诊断试验进行综合评估。

图1 GIS取消例行停电试验的状态检修方法流程示意图Fig.1 GIS condition-based maintenance methods process diagram after canceling routine black-out tests

2）若怀疑SF6气体质量存在问题，或者配合事故分析时，可选择性地进行 SF6气体纯度检测。

若气体压力降低、补气间隔小于2年时，补气完成后、当气体密度表显示密度下降或定性检测发现气体泄漏时，进行SF6气体泄漏检测。

若通过超声波、超高频局部放电检测或SF6气体分解物检测发现异常，且怀疑该缺陷为工具、装配件、干燥剂散落的异物类缺陷，螺丝未拧紧、屏蔽罩松动、隔离开关合闸不到位、隔离开关分闸不到位的装配类缺陷和触头附近腔体内部散落的金属颗粒、支撑绝缘子内部气泡、操作绝缘杆松脱的材料类缺陷，可利用X射线数字成像检测对GIS设备进行可视化无损检测，综合分析判断。

若怀疑GIS设备断路器存在机械性能缺陷，可进行分合闸线圈电流、储能电机电流机械性能状态检测。

若怀疑GIS设备断路器存在潜伏性的机械故障或缺陷，可进行超声波检测、基于振动信号的机械振动检测。

3）根据非停电例行试验与诊断试验综合评估结果，制定相应检修策略。

检修策略分为按正常周期开展非停电例行试验、缩短带电检测周期加强跟踪、停电检修三种。

进一步的，若检修策略为停电检修，则根据需要开展主回路绝缘电阻、主回路电阻测量、主回路交流耐压试验、气体密封性检测等停电试验后进行相应检修处理。

例如，检测人员对某220 kV GIS开展带电检测，在某间隔B相出线的F、G、H三个盆式绝缘子处均测量到较强的特高频局部放电信号，应用幅值定位法对局部放电信号位置进行初步定位，结果表明，位置G处的异常信号幅值最大。超声波法和SF6气体成分分析法均未测量到可疑信号。根据特高频法测量到的PRPD谱图，将其初步判断该放电缺陷为绝缘内部气隙类放电。然后在存在疑似信号的绝缘子处安装了局部放电特高频在线监测系统，进行24 h监控，一直持续3个月后，发现信号在逐步增大，随即决定解体检修。对F、G、H盆式绝缘子进行X光探伤、耐压、局部放电试验，F、H两个盆式绝缘子都通过了三项试验，而G盆子仅通过了耐压试验，X光照射发现在其内部浇筑口下部存在一条长约150 mm、直径约为2 mm的气隙，其局部放电量为2.37 nC。最后对缺陷盆式绝缘子进行了更换，送电后运行正常。

4 结论

采用多种非停电试验项目对GIS设备进行带电检测，具有获取设备状态信息量全面、对主要缺陷故障有效覆盖等突出优点，避免了现有巡检和例行试验项目存在的诸多问题，能够在不停电情况下实时、准确、方便地掌握GIS设备运行状况，制定相应检修策略，保证设备安全可靠运行。

（References）

[1] 李峰，刘亚平，陶永健，等.变电站设备状态检修技术研究[J].中国高新技术企业，2010（21）：119-121.LI Feng,LIU Yaping,TAO Yongjian,et al.Research on substation equipment condition maintenance technology[J].China High-Tech Enterprises，2010（21）：119-121.

[2] 王少华，胡文堂，梅冰笑，等.浙江电网输变电设备智能化及状态检修体系[J].高压电器，2013，49（4）：8-12.WANG Shaohua，HU Wentang，MEI Bingxiao，et al.Intelligentization and condition-based maintenance system of transmission and distribution equipments in Zhejiang electric power network[J].High Voltage Apparatus,2013，49（4）：8-12.

[3] 王少华，叶自强，梅冰笑.输变电设备在线监测及带电检测技术在电网中的应用现状[J].高压电器，2011，47(4)：84-90．WANG Shaohua,YE Ziqiang,MEI Bingxiao.Application status of online monitoring and live detection technologies of transmissionand distribution equipment in electric network[J].High Voltage Apparatus,2011，47(4)：84-90．

[4] 孙利朋，刘兴文，齐飞，等.GIS设备内部发热性缺陷分析[J].湖南电力，2016,36(2)：66-68.SUN Lipeng,LIU Xingwen,QI Fei,et al.Analysis of internal heating defect in GIS[J].Hunan Electric Power,2016,36(2)：66-68.

[5] 王梓博.GIS中盆式绝缘子表面放电特性研究 [J].高压电器，2013,49(8)：56-59.WANG Zibo.Study on the discharge characteristics on basin-type insulatorsurface in GIS[J].High Voltage Apparatus,2013,49(8)：56-59.

[6] 王胜辉，律方成，李和明.高压设备电晕紫外成像检测图像增强方法的研究[J].高压电器，2009，45(6)：15-19.WANG Shenghui,LV Fangcheng,LI Heming.Study on image enhancement method of high voltage equipmentcorona UV imaging detection[J].High Voltage Apparatus,2009，45(6)：15-19.

[7] 刘欢，邓科，付汉江，等.SF6气体分解物与GIS设备运行状态关系的探讨[J].高压电器，2013，49(10)：127-131.LIU Huan，DENG Ke，FU Hanjiang,et al.Investigation on the relationship between SF6gas decomposition and GIS equipmentoperating status[J].High Voltage Apparatus,2013，49(10)：127-131.

[8] 陈晓清，彭华东，任明，等.SF6气体分解产物检测技术及应用情况[J].高压电器，2010，46(10)：81-84.CHEN Xiaoqing,PENG Huadong,REN Ming,et al.Detection techniques of SF6decomposition and application[J].High Voltage Apparatus,2010，46(10)：81-84.

[9] 王宇，李丽，姚唯建，等.模拟电气设备过热故障时SF6气体分解产物的体积分数及其特征[J].高压电器，2011，47(1)：62-69.WANG Yu，LILi，YAO Weijian，et al.Analyzing decomposition products in overheat faults simulation to evaluate SF6gas insulation device[J].High Voltage Apparatus，2011，47(1)：62-69.

[10] 季严松，王承玉，杨韧，等.SF6气体分解产物检测技术及其在GIS设备故障诊断中的应用[J].高压电器，2011，47(2)：100-103.JI Yansong，WANG Chengyu，YANG Ren，et al.Measuring technique of SF6decomposition products and its application to fault diagnosis of GIS[J].High Voltage Apparatus,2011，47(2)：100-103.

[11] 王伟，冯新岩，牛林，等.利用红外成像法检测GIS设备 SF6气体泄漏[J].高压电器,2012,48(4)：84-87.WANG Wei，FENG Xinyan，NIU Lin,et al.SF6 gasleakage detection using infrared imaging method for GIS[J].High Voltage Apparatus,2012,48(4)：84-87.

[12] 王万宝，李永宁，周迎新，等.GIS超声波局部放电检测技术的应用分析[J].电气技术，2012（2）：49-52.WANG Wanbao,LI Yongning,ZHOU Yingxin,et al.Application analysis ofultrasonic detection of partial discharge signal for GIS[J].Electrical Engineering，2012（2）：49-52.

[13] 刘君华，姚明，黄成军，等.采用声电联合法的GIS局部放电定位试验研究[J].高电压技术，2009，35（10）：2458-2463.LIU Junhua,YAO Ming,HUANG Chengjun,et al.Experimental research on partial discharge localization in GIS using ultrasonic associated with electromagnetic wave method[J].High Voltage Engineering，2009，35（10）：2458-2463.

[14] 唐炬，魏刚，孙才新，等.GIS局部放电检测用超高频带振子天线传感器研究[J].高电压技术，2004，30(3)：29-32.TANG Ju,WEI Gang,SUN Caixin,et al.Research on the dipole antenna sensor with broad band for partial discharge detection in GIS[J].High Voltage Engineering,2004,30(3)：29-32.

[15] 李信，李成榕，丁立健，等.基于超高频信号检测GIS局放模式识别[J].高电压技术，2003,29(11)：26-30.LI Xin,LI Chengrong,DING Lijian,et al.Identification of PD patterns in gas insulated switchgear(GIS)based on UHF signals[J].High Voltage Engineering,2003,29(11)：26-30.

[16] 司文荣，李军浩，袁鹏，等.气体绝缘组合电器多局部放电源的检测与识别[J].中国电机工程学报，2009，29(16)：119-126．SI Wenrong,LI Junhao,YUAN Peng,et al.Detection and identification techniquesformulti-PD source in GIS[J].Proceedings of the CSEE,2009，29(16)：119-126．

[17] 李晓峰，刘振，庞先海，等.特高频局部放电检测技术在GIS设备上的典型应用[J].高压电器，2013，49(7)：100-103．LI Xiaofeng，LIU Zhen，PANG Xianhai，et al.Typical application of UHF partial discharge detection in GIS[J].High VoltageApparatus,2013，49(7)：100-103．

[18] 闫斌，何喜梅，王志惠，等.X射线数字成像检测系统在GIS设备中的应用[J].高压电器，2010，46(11)：8-91．YAN Bin,HE Ximei,WANG Zhihui，et al.Application of X-ray digital imaging defect detection system in GIS equipment[J].High Voltage Apparatus,2010，46(11)：89-91．

[19] 高鹏，米康民，张来福.X射线成像技术在开关设备状态检修中的应用[J].山西电力，2012(6)：13-15．GAO Peng,MI Kangmin,ZHANG Laifu.Application and research of X-ray imaging detection technology in condition-based maintenance of switch devices[J].Shanxi Electric Power，2012(6)：13-15．

[20] 向真，张欣，黄荣辉，等.X射线数字成像技术在开关设备缺陷诊断中的应用[J].高压电器，2016,52(2)：195-198.XIANG Zhen，ZHANG Xin，HUANG Ronghui，et al.Application ofX-ray digitalradiography in the defect diagnosis of switchgears[J].High Voltage Apparatus,2016,52(2)：195-198.

GIS Condition-based Maintenance Methods after Canceling Routine Black-out Tests

DENG Wanting1,CHEN Min1,LIU Rui1
（State Grid Hubei Electric Power Research Institute,Wuhan Hubei 430077,China）

In this paper,based on the analysis of the GIS fault and energized tests(on line monitoring),the feasibility of the GIS equipment to cancel the routine black-out tests for the GIS equipment is studied.And introduces the GIS condition-based maintenance methods after canceling routine black-out tests are introduced,which can makes it more easier to real-time,accurately and conveniently master the operation conditions of GIS equipment,and formulate the corresponding maintenance strategyies,to ensure safe and reliable operation of the equipment.

GIS；energized test；routine black-out test；condition-based maintenance

TM63

A

1006-3986(2017)03-0019-06

10.19308/j.hep.2017.03.005

2017-02-13

邓万婷（1973），女，湖北荆门人，硕士，高级工程师。

国网湖北省电力公司科技项目（521532150007）