GIS带电测试技术的现状与发展

化晨冰，张铂雅

(临沂供电公司，山东 临沂 276000)

1 引言

GIS是由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等元件组成的，全部封闭在金属接地外壳中，内部用盆式绝缘子分隔成各个气室，充以0.3～0.65 MPa的SF6气体作为绝缘和灭弧介质的一种组合电器。GIS具有结构紧凑、占地面积小、运行可靠、检修周期长、安装方便、不受污染和雨、盐雾等周围环境因素影响的优点，因而广泛用于电力系统各变电站中。

GIS运行可靠性较高，但在其生产、安装及运行过程中，其内部不可避免地存在绝缘隐患，并对设备的安全运行造成威胁，为了减少设备停电检修和测试的时间，因此进行GIS现场带电检测试验是很有必要的。

临沂供电公司运行GIS变电站己近20年，目前迫切需要把握设备是否需要解体大修，以及大修时间等。有效监督GIS设备的绝缘十分必要，自1997年开展GIS气体湿度带电检测以来，己从原来的单一GIS气体带电检测手段，发展到对运行中GIS中的MOA带电测试，GIS中SF6气体成分分析，GIS局部放电带电测试等多种带电监测方法，积累了一定的GIS带电测试工作经验。实践证明:现场带电检测试验是很有必要的，应用近年新出现的带电测试技术对GIS进行绝缘监督是切实可行的。

2 GIS中SF6气体检漏及湿度检测

2.1 SF6气体检漏

这类故障通常发生在组合电器的密封面、焊接点和管路接头处。主要原因是由于密封垫老化，或者焊缝出现砂眼引起，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，这类故障约占整个故障的40%左右。

SF6气体检漏是运行监测的主要项目之一[1]。现场检漏部位主要是设备气室的接头、阀门、表计、法兰面接口等检测。所使用的仪器一般为卤素气体检测仪，这类仪器对各种负电子性的气体，如氟里昂、SF6等都有响应，在检漏过程中应注意环境的干扰情况。

对SF6气体检漏也可以采用压降法。在运行期间测定其漏气率采用该法，需对设备各气室的压力和温度定期进行记录，一段时间后，根据首末两点的压力和温度值，在SF6状态参数曲线上查出在标准温度(通常为20℃)时的压力或者气体密度，就可以计算出这段时间内的平均漏气率。由于压力表并不能灵敏地反映微小的泄漏，所以压降法主要应用于GIS的长期监测。

2.2 SF6湿度测试

带电检测GIS的SF6的湿度己经多年，还制定了相关的管理规定，发现相当多的湿度不合格情况。比对停电状态的湿度测试，与带电检测数据基本吻合，为运行单位合理安排检修提供了依据。湿度不合格主要原因一是安装时没有严格按照安装工艺流程[2]。

SF6气体微水在运行时标准为断路器气室300×10－6，其他气室蒸500 ×10－6。SF6气体含水量太高引起的故障，易造成绝缘子或其他绝缘件闪络。微水超标的主要原因是通过密封件泄露渗入的水份进入到SF6气体中，经过多年的运行，气体中含水量持续上升。外部水蒸汽分子等效分子半径为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，其至几百倍，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。

实践证明，GIS带电测试SF6湿度可替代停电预试。

3 带电SF6气体成份分析

GIS中SF6气体成分的组份分析是GIS的一种非电量检测方法，当GIS内部局部放电和发生故障时，可引起SF6分解，生成SOF2、HF、SO2等低氟化物。检测SF6气体成份可推断GIS内的放电情况。

3.1 动态离子技术

动态离子分析技术，一种用于气体里微量混合物探测的技术，实现了SF6气体的在线分析，它利用不同的化合物分子在电场的作用下，产生的离子漂移时间不同的原理。监测SF6纯气漂移时间(峰值时间)和劣化SF6气体漂移时间的时间差t的大小，测量峰值的漂移时间差，得到一个与SF6中杂质数量相对应的直观信号，反映污染物含量多少，以此判断设备内部局部放电或分解产物严重的程度，监测设备状态的变化趋势。污染物总量的测量，有利于界定SF6气体设备的可用性与非可用性，提出正确的监督跟踪计划，实现设备隐患的预控。而特征气体SO2、H2S的含量多少，能反应SF6电气设备内部故障部位，使我们的检修任务有的放矢。

采用将检测污染物总量与特征气体含量相结合的方式，判断SF6设备的受污染程度、潜伏性故障和内部故障的位置，就实现SF6气体绝缘设备绝缘状态的在线检测。

3.2 判断标准

SF6运行中的含水量和泄漏标准在IEC和DL/596－1996(电器设备预防性实验规程)中已有规定，分解产物国内也还未制订标准，但IEC与CIGRE已有导则和推荐值。CIGRE(国际大电网会议)对总的分解物浓度的推荐值为500－2000μL/L，作为是否超标的依据。

SO2和H2S含量的运行控制指标初步定位SO2含量不大于1.0μl/L，H2S含量不大于0.5μl/L。

3.3 具体应用

我公司应用德国GAS公司生产的SF6电气设备污染物含量检测仪，并根据SF6气体绝缘设备的在役运行情况，安排了详细的带电测试计划。目前，已完成17座变电站近30台SF6开关、50个GIS间隔的SF6气体绝缘设备绝缘状态检测。

从测试界面图1中，可以获得微水含量、参考标准漂移时间、样品峰值漂移时间、峰值漂移图谱、漂移时间差(样品峰值漂移时间－参考标准漂移时间)以及与之对应的污染物含量范围，同时污染物含量指示灯色彩的变化，便于操作人员对设备污染状况的掌握。

图1 测试界面

通过对比SF6样品及参考标准漂移时间，能够检查SF6气体绝缘设备内部SF6成分的变化。峰值漂移由不同漂移率的离子产生，峰值变宽是由于有更多种放电后形成的杂质产物离子产生的。并且污染物含量指示标准与峰值漂移时间差、污染物浓度是相对应的(表1)。可以通过掌握峰值漂移时间差，对处于同一污染级别的SF6气体设备，分析其周期趋势曲线制定相应防范措施，防止绝缘失效。

表1 迁移波谱峰值差与样气杂质含量等级关系

通过检测SF6电气设备中分解物总量与特征气体含量，判断设备的受污染程度、潜伏性故障和内部故障的位置，是检测SF6电气设备内部早期故障的有效手段。

4 GIS中MOA的带电测试

GIS中MOA带电测试也已执行多年，GIS设计时已预留MOA带电测试端子，测试安全而且灵敏。

临沂电网新投产的GIS中MOA都测试基础数据，每年还在运行中带电测试，故已积累大量数据。GIS中MOA最早的已安全运行近20年，说明带电测试是监测MOA运行状态的有效手段之一。实践证明，GIS中MOA带电测试可代替停电试验。

5 GIS中局部放电测试

作为GIS发生绝缘降低的征兆，多数情况下都伴有局部放电发生，因此，监视局部放电是最直接的监测方法。

5.1 局放产生的原因

GIS中局放产生的原因有几种:①绝缘体内部存在自由移动的金属微粒[3];②绝缘体内或高压导体上存在针尖状突出物;③由于制造原因在绝缘表面上可能存在固定的微粒;④附近存在悬浮电位体或导体间连接点接触不好;⑤轻微局放或制造时造成绝缘体内部或表面存在气隙、裂纹等。

5.2 GIS中局放的监测方法

5.2.1 电测法

(1)耦合电容法。又称脉冲电流法[4]，它利用上引起的电压变化。该法结构简单，便于实现。但在现场测试时，无法识别与多种噪声混杂在一起的局放信号，因此此方法的使用推广受到限制。

(2)超高频法。由英国Strathclyde大学提出。其主要优点是灵敏度高，并通过放电源到不同传感器的时间差对放电源精确定位。但对传感器的要求很高，此法成本昂贵。

5.2.2 非电测法

非电测法监测GIS局放信号的优势为可避免电气干扰，但实用方面也有不足。

(1)超声波监测法。由于GIS内部产生局放时会产生冲击振动及声音，因此可用腔体外壁上安装的超声波传感器测量局放量Q。它是目前除UHF法(超高频法)外最成熟的PD(局部放电)监测方法，抗电磁干扰性能好，但由于声音信号在SF6气体中的传输速率很低(约140m/s)，信号通过不同物质时传播速率不同，不同材料的边界处还会产生反射，因此信号模式很复杂，且其高频部分衰减很快。它要求操作人员须有丰富经验或受过良好的培训，另外，长期监测时需要的传感器较多，现场使用很不方便。

(2)化学监测法。通过分析GIS中局放所引起的气体生成物的含量来确定局放的程度，但GIS中的吸附剂和干燥剂会影响化学方法的测量;断路器正常开断时产生的电弧的气体生成物也会产生影响;脉冲放电产生的分解物被大量的SF6气体稀释，因此用化学方法监测PD的灵敏度很差。

(3)光学监测法。光电倍增器可监测到甚至一个光子的发射，但由于射线被SF6气体和玻璃强烈地吸收，因此有“死角”出现[5]。该法监测已知位置的放电源较有效，不具备定位故障能力，且由于GIS内壁光滑而引起反射带来的影响使灵敏度不高。表2比较和说明了5种方法的性能。

比较5种方法可得出:对GIS产生局放信号的监测方法中UHF和超声波法较实用可行。挪威Transi-NorAs公司的Schei最近研制出一种新的超声波绝缘分析器。针对自由移动微粒、固定微粒和突出物以及漂浮物引起的局放，该设备对其监测、定位和模式识别，特别适用于普通的检修人员而非超声波方面的专家使用。

5.3 GIS局放小结

(1)常用的GIS局放在线监测方法，超高频法和超声波法最有效，国内外对其研究最多。

(2)每种测试方法各有优缺点，适于不同故障类别，在现场使用局放监测GIS绝缘时将多种方法综合使用，且测量多点，有利于故障判别和定位。

表2 GIS中局放5种监测方法

(3)应加强对GIS局部放电带电测试技术的推广，积累数据经验作为设备状态检修的参考的判据。新修《山东电网电力设备交接及预防性试验规程》已将该方法列入了必要时的试验项目。

6 结论

本文通过采用GIS带电测试，并合理调整预防性试验规程，放宽部分设备的试验周期，从而减轻了人员的劳动强度，减少了停电操作次数，具有明显的经济效益和社会效益。随着SF6便携色谱分析、红外SF6检漏技术的提高，以及GIS局放在线监测装置的完善，GIS带电测试正向着实时性、多样性方向发展。同时随着先进监测技术的发展，探索GIS设备状态检修方案，建立GIS设备状态信息库(包括历史信息，停、带电检测数据)和诊断模式流程，力求设备缺陷诊断准确，将成为GIS带电测试发展的新趋势。

[1]张仁豫，陈昌渔，王昌长.高电压试验技术[M].北京：清华大学出版社，2003.

[2]陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].北京：中国科学技术出版社，2001，3.

[3]黄家旗.GIS在线监测系统的研究[M].北京：清华大学出版社，2001.

[4]肖燕，郁惟镛.GIS中局部放电在线监测研究的现状与展望[J].高电压技术，2005(1).

[5]何宾，王勇.GIS带电测试技术在广州的应用[J]高电压技术，2004(4).