试析变电站GIS 设备的故障诊断及检修

赵宏

摘要：针对气体绝缘金属全封闭开关设备（gasinsulatedswitchgear，GIS）故障频发问题，提出一种基于振动特征估计的 GIS设备故障检测与分析方法;首先，提取 GIS设备金属外壳振动信号特征并基于通用自回归模型建立系统的状态空间模型;然后，采用粒子滤波算法对 GIS设备振动特征进行估计。同时，将特征估计值与实际测量值之间残差的绝对值作为设备故障检测指标，结合自适应阈值方法来检测故障;昀后，依据振动特征残差的变化趋势实现机械故障与放电故障的隔离。对多组变电站现场 GIS设备不同故障前、后实测振动数据的仿真分析发现，通过振动特征估计不仅可以准确检测设备故障，而且可以有效隔离设备机械故障与放电故障。

关键词：GIS设备;振动特征;粒子滤波;自回归模型;自适应阈值;故障检测与分析

引言

随着电力系统容量的不断增加，江西省超高压电网的不断扩大，断路器在变电站的安全生产运行中发挥着不可替代的重要作用[1]。本文结合一起某 500kV变电站 220kV母联 GIS断路器（型号ZF11-252L）拒分故障的分析与处理，使得当该类型断路器发生拒分问题后能迅速处理该类型故障，减少停电事件，保证电力系统的稳定可靠运行。

1GIS设备运行管理概况

GIS设备运行管理中，SF6气体压力属于关键的构成，为了提升其绝缘成效，应该严格的将气体压力控制在标准值范围中，如果 SF6气体过量导致泄漏，则会危及到工作人员的生命安全，同时影响变电站正常电网运行。不同厂家设定的 GIS设备的气压值各具差异，需要技术人员检查期间，遵循厂家压力值标准合理的设置。

GIS设备检查、验收环节，要进行巡视工作。有效的检查安装牢固性、外表的清洁程度、支架和接地引线锈蚀状况、母线伸缩节安装是否满足规定、气体压力是否达标、液压机构油位状态是否符合规定等。GIS设备的巡视维护，也要细致的检查好设备的各项仪表、外观状态，以及了解到运行环境，仪表计量设备、加热器使用情况、带电显示器指示状态、断路器指示动作等，都是巡检的重点。能够确保 GIS设备的正常运行的重要手段巡视维护。这个时候，应该要进行检查的是设备的各种仪表、运行环境、外观等地方进行细致的检查，做到完善的维护和运行。对仪表进行检查，认真合规检查对应接地开关、断路器等设备位置指示是否工作正常;加热器的使用是否符合使用规范;断路器和带电显示器的运行状态是否正常等。在进行外观检查的期间，主要检查 GIS的防护门是否处在密封状态，阀门是否出现破损，通过仪器检查有没有出现漏气现象。环在运行境进行检查期间，要对设备的聚源气体进行环境的检查，准确地测量设备的聚源气体 SF6的含量，保证气体含量维持在合理数值范围内，检查设备周围环境是否存在潮湿和污染的情况等。为了更好地对事故进行避免，维修人员应当按时对设备进行巡检。GIS设备是全封闭的状态，一旦设备出现问题，将会造成维修的困难，而且还会引起其他相关设备的故障。虽然设备故障的情况较少，但是还是会出现比如绝缘气体的泄漏、湿度过高、绝缘部件老化等问题。因此这样看来，维修人员对 GIS设备的按时巡检非常重要。

GIS设备资料的管理尤为关键，可以保障对现场工作时的运行规程准确的编制，以及辅助整理设备台账。展开资料管理，要统计 GIS设备的基本数据资料，同时归纳设计图纸、厂家的说明书以及合格证书等内容，提供给后期的设备维修重要指导。管理 GIS的设备资料，不仅能更加快速整理设备台账是，同时能够更具体有效地管理在现场工作地进行。管理相关资料，对 GIS设备的基本数据资料进行详细地统计，相关的设计图纸、合格证、厂家的说明材料等进行一定归纳，此类具体工作都为后期设备运行维修提供强有力地支撑。

2气室漏气

SF6气体泄漏造成GIS气室内的气体压力下降，大大降低气体绝缘设备的绝缘强度，又极大地降低GIS组合电器灭弧室的灭弧能力。当SF6气体严重泄漏时会造成断路器闭锁，从而发生断路器不能正常操作，SF6设备发生内部绝缘击穿等重大事故。某核电厂开关站发生多起不同类型的漏气缺陷，总结概括为：法兰面螺栓未紧固到位、密封垫圈失效、设备沙眼、机构轴封进水锈蚀等。造成这些漏气的主要原因为产品质量欠佳、不遵守安装施工工艺以及运行环境温差等。一般现场发生气室泄漏时，第一时间要判断漏点所在、泄漏类型，然后再进行相应的处理。传统漏点判断方法为包扎检漏，该方法对于室内GIS设备漏点判断非常有效，但是对于户外或是GIS高位设备的检测则比较困难。目前市场上另一种新型的检漏方法———红外监测，正在流传。即利用卤素红外成像仪对设备漏点进行监测。该仪器不仅能清晰地拍出漏点所在，同时对于漏点泄露的速率也能比较直观地反映出来。一般漏点位置判断准确后，需进一步核实漏点的大小，即泄露速率。目前GIS设备大多配置SF6在线监测装置，该装置对于气室压力的监测较为准确。因此在发生气室漏气时，可通过调取SF6在线监测装置的压力曲线来判断气室漏气速率，从而为设备运行决策及后续消却方案提供过程依据。

3GIS机械故障振动检测技术

GIS的监测技术大致经历了周期性在线监测和长期在线监测的发展过程。所谓设备在线监测，就是说通过不间断的监测运行设备的实时状态，将采集到的信号量进行处理比较，提取需要的信息，通过对信号识别来判断设备的状态、设备故障和异常部位、原因和程度、预测设备故障或异常可能发生的速度和后果，定出维修计划和项目。GIS在线监测的目的是通过监测 GIS本体运行状态以及辅助设备和控制功能的状态，提升状态检修效率，降低电力设备运行故障率，提高设备的使用寿命以及设备运行的经济效益。以 GIS机械触头接触不良导致的振动为例进行分析：

3.1试验设备及接线

利用一台 252kV带有隔离开关的 GIS进行机械故障振动检测仿真实验。实验中电流源采用 FCG-3000/5数字式大电流发生器，该发生器采用数控技术，抗干扰能力强，采用低功耗、大容量的自耦线圈和高导磁率铁芯制作的变流器，其基本原理与电流互感器相似，仅仅是将电流互感器的线圈反过来用。该发生器昀高输出电流可达 3000A。本次试验需加压到1000A左右。试验电压可调，面板自带数显电流表。

3.2回路电阻

进行安装 GIS设备期间，不能对于安装以后的设备回路电阻值进行明确，所以安装结束后，容易产生较大的回路电阻。处理的举措就是，将刀动触座拆开，明确静触头部位导电杆有无在居中状态，如果倾斜，要清理打磨梅花触头的动触杆，使得修正以后的导电杆在中间位置，之后安装好触座。或者是存在 CT接头以及开关形成黑点的现象，导致出现较大的回路电阻。产生黑点主要就是因为厂家没有抽真空，不够纯度的 N2遇水出现氧化，提升回路电阻。需要打磨清洁处理接头，可以让回路电阻恢复正常状态。

结语

如何让 GIS设备的运行发挥出可靠性高、工作量少、检修周期长的特点，这需要各个方面的密切配合。只有从产品制造、施工管理和验收等环节抓起，再加上后期的认真维护，就会把设备的优势昀大化。这些年来，出现过很多 GIS设备出现问题导致电网事故，出现的原因很多都是因为选择的材料不好、制作工艺不精细、没有认真的管理、产品售后不认真、运行维护不当等。这些问题都是值得我们注意的。

对变电站 GIS设备运维管理工作不断加强，属于确保电网系统正常运行的关键性途径。同时需要工作人员全面的掌握住 GIS设备特点，注意总结历史问题，针对性的处理关键问题，一方面促进设备使用的稳定性提升，另一方面也可以提升運维人员的工作效率。

参考文献

[1]黄炎.试析变电站 GIS设备的故障诊断及检修[J].电子测试，2019（24）：104-105.

[2]石军.试析 GIS设备的运行与维护[J].低碳世界，2015（35）：56-57.