浅谈110kV GIS开关状态检修的重要性

2022-02-11陕西恒源投资集团发电有限公司李小龙

电力设备管理 2022年23期

陕西恒源投资集团发电有限公司李小龙

引言

GIS开关采用SF6气体为绝缘介质，是利用SF6气体绝缘密封处理后形成的开关高压电气集合设备。GIS属于线套管、母线、导线中段、隔离开关、电压互感设备、快速接地开关、断路器等设备共同组成的成套结构，其主要特点为占地面积较小，110kV GIS开关的面积仅为常规设施的50%，且GIS开关内部零件均可通用，常规生产车间便可完成组装，可显著缩短设备生产周期。同时，GIS开关采用SF6为绝缘气体，内部各个部件均处于密封状态，可有效规避周边环境的不利影响，避免外界气体或烟雾的干扰，也可以对外界的辐射与电场产生屏蔽作用，进而提高设备的稳定性[1]。另外，GIS开关采用SF6气体为非可燃性气体，具有较高的灭弧水平，可显著提升系统运作的稳定性，降低检修压力。

110kV GIS开关状态检修的主要目的检测各类运行参数、评估运行状态，进而确定是否存在故障，并采取针对性措施处理各类故障，以确保设备稳定运行。通过该110kV GIS开关状态检修可及时发现GIS开关运行期间存在的潜在危险与故障，并可为110kV线路检修人员提供数据支持，确保各类故障及时清除，使110kV GIS开关处于高效安全运行状态。同时，110kV GIS开关状态检修能够显著提高开关的可用率，显著减少被迫性停运、事故检修次数，缩短检修时间、降低检修成本，并可延长110kV GIS开关使用过寿命，使110kV线路处于高效安全运行状态，进而为用户提供高质量的电力服务[2]。

1 110kV GIS开关常见缺陷与故障分析

1.1 110kV GIS开关常见缺陷分析

现阶段，110kV GIS开关状态检修技术日趋成熟完善，技术人员依据设备内部缺陷形成及发展过程中产生的各类数据，可进行缺陷及故障的准确评估，并可依据评估结果制定系统检修方案。目前常用带电检测技术可检出机械型缺陷、局部放电缺陷、发热型缺陷等常见缺陷，其中机械型缺陷包括材料类、装配类及异物类等不同缺陷，发热型缺陷主要包括电压致热、电流致热等类型，局部放电缺陷主要包括电晕放电、悬浮电位、自由金属微粒等。

1.2 110kV GIS开关常见故障分析

气体泄露及水分含量过高。气体泄露为110kV GIS开关常见故障，出现故障的位置多为管路接头、焊接点、密封面等区域，产生故障的诱因与焊缝沙眼、密封垫老化等。设备内部SF6气体浓度降低至动作水平前需及时为其充气，如未能及时充气，导致GIS开关内部气体浓度过低，进而导致其保护动作停运。水分含量过高主要指空气中水分经由SF6气体泄露的位置进入设备内部，进而导致SF6气体含水量升高，如水分含量过高，可导致GIS开关产生闪络放电等问题。

内部放电与内部元件故障。GIS开关内部均存在杂质，部分设备安装期间操作不当，导致绝缘质量不达标或不同部件间碰撞，进而导致闪络放点等问题。诱发GIS开关内部放电的因素较为复杂，主要包括如下几点：第一，GIS开关绝缘材料存在质量问题；第二，GIS开关内部存在金属颗粒等导电微粒；第三，GIS开关内部导体不平整或导体接触不良，导致电晕放电等问题。GIS开关内部包含多种元件，而内部元件故障主要指互感器、套管、母线、接地开关、负荷开关、隔离开关等在多因素影响下产生故障。

2 110kV GIS开关状态检修主要技术及检修要点

2.1 红外检测技术

红外检测技术多采用红外热像检测模式，检测期间通过对设备热分布状态的分析判断其运行是否存在异常。红外热像技术的主要优势为检测范围较广，可及时检查大部分设备缺陷。110kV GIS开关状态检修中应用红外热像检测期间，如设备温度异常，可将其划分为外部发热与内部发热。外部发热多表现为法兰固定螺栓、导流排连接面等存在发热，罐体的侧面与底部也可发热，发热部位可产生较大幅度的升温，且热辐射面积较小[3]。内部发热多发生于隔离开关、断路器及导体对接等区域，可导致罐体上部温度升高，并可导致大面积热辐射。如确认为内部发热，温差范围达到3K，技术人员需及时停电，并测定回路电阻，也可进行解体处理。如无法确定内部或外部发热，需加强监测，结合实际情况制定检修方案。

2.2 特高频检测

特高频检测的基本原理为110kV GIS开关内部产生局部放电，可导致内部产生频率较高的电磁波，通过对此类电磁波信号的检测评估可及时发现局部异常放电情况。特高频检测设备主要包括分析诊断、信号处理、UHF传感等单元，可完成信号的采集与传输、信号调整与模数转换、数据分析诊断，将其应用于110kV GIS开关状态检修中需在GIS开关中安装传感器，并采集特高频信号，进而实现对局部放电的准确检测评估。

2.3 超声波检测

超声波检测系统主要包括超声波传感器、放大器、检测主机等设备，具有较高的抗电磁干扰能力，可准确定位放电区域，但检测过程易受机械振动干扰，检测范围偏小。110kV GIS开关状态检修中应用超声波检测期间，如发现信号峰值幅度或有效值大于环境噪声，则可确认GIS设备中存在异常信号，而通过进一步深入分析可确定悬浮放电、局部放电、电晕放电等缺陷类型，以便于技术人员采取适宜的检修方案。

2.4 日常检修

110kV GIS开关状态日常检修主要包括规范化巡检、补充SF6气体、更换辅助二次元件、更换空气机润滑油、箱体维护、检查维护互感器二次接线、金属部件防腐、检查维护避雷器、带电捡漏等，也需完成电流互感器、隔离开关、断路器、接地、母线单元等检修。开展日常检修期间，技术人员需准确把握如下要点。

第一，断开电源，确认无电压状态下释放断路器、刀闸能量，使气动弹簧机构处于合闸位置，内部气压为0。弹簧机构需进行分闸与合闸操作，确认无异常后可将其放置于分闸位置。回收SF6气体，确认无异常后可将组合电器拆除。检查气室内部气压，确认气压为0后可将气室封板打开，操作后全部技术人员需远离现场约30分钟后方可继续开展后续操作。开展操作期间，工作人员需站立于上风位置，户内设备检修前需在通风处理15分钟后监测SF6气体含量及氧含量，确认无异常后可进入内部进行操作，且操作中通风设备需持续运转。

第二，抽真空过程中需将电磁阀设置于真空泵进气口区域，如气室周边存在高压带电体，需保证主回路接地可靠。上述操作进行过程中，不得对设备进行加压试验，并确保抽真空设备质量符合标准要求。经由SF6气瓶中引出气体期间，需利用减压阀控制压力，首次充气过程中，需在充气装置中安装安全阀，以避免过高的充气压力损坏设备。

第三，110kV GIS开关状态检修现场温度需为5℃以上、湿度需在80%以下，并采取适宜的防潮与防雨措施。设备安装过程中，技术人员需严格限制气室在空气中暴露的总时间，且对安装及对接过程中保证气室内部清洁，暂时无需进行装配的零件需妥善防潮与防尘，避免损伤。操作期间需测试回路电阻是否符合要求，保持密封槽内部清洁及密封件完好，确保法兰螺栓紧固，法兰均匀排列。确认SF6气体质量达标及充气管道清洁后实施充气，充气过程中需规范完成相关操作，避免空气进入内部。完成充气后需进行湿度、纯度检测。

第四，开启气室后需及时密封法兰孔，设备抽真空过程中需控制连接管路长度为5米以下，不建议通过抽真空时间评估真空度，如采用液相充气技术，需倒放充气装置、底部成角约30°，以确保操作效果。如周边环境温度过低，SF6气体液化难度较高，需采取有效的措施确保加热钢瓶，适当提高充气速度，且在钢瓶内部压力低于0.1MPa后需及时停止充气。完成充气后称重钢瓶，准确计算断路器内部气体质量；第五，110kV GIS开关状态日常检修期间需妥善做好防火措施，确保外壳接地正常，接地区域未产生变形或锈蚀、无过热等问题。

2.5 110kV GIS开关发热型缺陷检修要点

110kV GIS开关罐体多包括SF6气体、金属导电回路、盆式绝缘子、金属外壳等组成部分，采用红外检测技术可准确采集设备的热像信息，并可分析110kV GIS开关存在的电流致热隐患。比如某地区进行110kV GIS开关状态状态检修期间，采用红外检测技术发现CT气室热像图相温度差为2℃以上，分析其原因为外壳接地不充分，为此技术人员采取追踪检测模式，分析此类缺陷的变化趋势，必要情况下停电处理缺陷，以确保110kV GIS开关稳定运行。某地区进行110kV GIS开关状态状态检修期间，通过红外线检测技术发现断路器套管接头区域温度过高，其主要原因为接触不良，为解决此类缺陷，技术人员采取追踪检测模式，评估缺陷发展趋势，必要情况下停电处理缺陷，以确保110kV GIS开关稳定运行。

2.6 110kV GIS开关局部放电缺陷与机械性缺陷检修要点

如状态检修期间发现110kV GIS开关局部放电，需采用移动传感器确认最大信号的准确位置，并在最大信号所在圆周内部确认最大信号位点，结合信号的范围定位信号发出的位置。确认最大信号准确位置后，技术人员需在最大信号区域放置传感器，并通过频率法确定放电源的准确位置，完成操作后可调整检测带宽，评估信号变化的具体情况，如信号未产生显著变化，则可认为属于GIS导体信号，如产生显著变化，则属于壳体信号。

为确定局部放电的准确类型，技术人员需采用相位模式完成相关测试，详细评估观察点分布的具体特点，并依据具体相位特征判断为悬浮放电或电晕放电。确认缺陷类型后，技术人员需评估分析缺陷的严重程度，并制定适宜的监测周期，监测缺陷发展趋势，及时停电清除缺陷，以确保110kV GIS开关稳定运行。110kV GIS开关机械型缺陷检修期间可采用全新的X线数字透视成像系统，利用该系统可检出异物缺陷、装配缺陷、材料缺陷等，技术人员通过对缺陷的可视化观察可确定缺陷的影响范围，必要情况下停电处理缺陷，以确保110kV GIS开关稳定运行。

3 提升110kV GIS开关状态检修质量的策略分析

3.1 网格化管理

110kV线路中GIS开关数量较多，为提高检修效果，技术人员需为GIS开关建立档案，并采取网格化管理模式，详细归档整理GIS开关的运行记录、试验资料及交接验收记录等。技术人员定期分析研究各个GIS开关的数据，并制定适宜的检修策略，以提高110kV GIS开关状态检修的整体质量。

3.2 明确110kV GIS开关状态检修的内容与技术要点

开展110kV GIS开关状态检修期间，技术人员需综合运用传感器技术与计算机技术，实时监测分析设备运行状态，及时处理各类故障，以确保线路安全稳定性运行。110kV GIS开关状态检修的重点内容应包括设备状态检查及故障诊断，评估GIS开关的可靠性，进而确定合理的检修方案。在状态检修的过程中需重点分析研究GIS开关的绝缘状态，通过在线监测与停电检测相结合的方式确定是否存在漏电流、局放及介损等问题。同时，需采用光信号传感、声谱色度变化等技术了解机械参数与物理参数是否存在异常，并分析总结GIS开关的电气参数及老化情况，分析电弧状态与电弧电压的相关性，并依据分析结果制定合理的检修方案。