变电站GIS设备的故障原因诊断与检修方法

国网北京市电力公司检修分公司 王 楠

为了保证变电站的顺利运行，应加强对内部GIS设备的关注力度，保证故障原因诊断以及检修工作的顺利开展，提高电网供电设备的安全性、可靠性以及高效性，使GIS设备能够更好地应用于各级电网中，促进装用量的提升，从而给予变电站中GIS设备的运行工作相应的辅助。

1 变电站GIS设备的主要内容

1.1 变电站GIS设备的基本概述

GIS设备作为一种气体绝缘全封闭组合电器，主要包括隔离开关、路由器、避雷器、互感器、接地开关、隔离开关、连接线及母线等终端出线设备，其中不同设备的连接方式可结合实际应用区域的基本形态发生改变，将设备与各个部件相互连接，让其存储于完全封闭的金属接地外壳内，这样可保证其不会与外界干扰因素产生间隙，确保内部压力能满足SF6绝缘气体的运行，由此GIS设备亦可称作为SF6全封闭组合电器。

1.2 变电站GIS设备的应用优势

由于GIS设备内部组件被规划于金属接地外壳内，使其内部绝缘介质含量相对充足。若需在变电站内进行使用即可展现其占地面积较小、安装操作简便、方便携带及结构紧凑的特点。GIS设备20世纪80年代以来逐渐应用于全球，不仅限于在超高压领域及高压的使用，更可在特高压领域进行安装使用。变电站GIS设备与常规敞开式变电站相比，具有灵活配置、安全性能高及适应能力强的优势，可降低操作人员的工作压力，方便后续维修及养护工作的开展，仅需在20年内进行一次维修即可。由于GIS设备绝缘性能较强，其在开关室内应用可发挥出灭弧能力较强优势，与同类别的电器开关相比更胜一筹。

2 变电站GIS设备常见故障及原因诊断

2.1 GIS设备常见故障

GIS设备的操作机构故障。隔离开关分合动作异常，增加变电站的运行难度，导致封闭气室的检测行为不够准确，无法保证放电设备的正常运行，存在大规模的停电问题，无法保证电力企业的经济效益；局部放电故障问题。其多发为新购入的GIS设备内，由于操作人员的安装工作不够严谨，导致设备的安装不满足当地环境要求，使安装区域的粉尘、微生物等影响因素进入气室，导致GIS设备内部的导体设备整洁度不够，增加其在运行过程中的负担；GIS设备内部的SF6气体出现泄漏，增加变电站运行期间的安全隐患，无法保证其能够长期运行。同时密封胶条等常用设备出现老化问题，无法给予GIS设备相应的支持。

GIS设备中的水含量严重超标。由于GIS设备的使用年限较久，变电站设置在相对潮湿的区域，无法保证GIS气室内湿度调节工作的正常开展。在其长期运行过程中会导致水汽进入造成GIS设备故障。另外会导致电流互感器在运行出现偏差，无法保证实际运行结果的准确性；二次设备老化。由于控制回路故障现象频发，导致工作人员很难在第一时间掌握GIS设备中的问题，致使隔离开关连锁继电器出现损坏，会使分合闸动作无法正常开展。

2.2 GIS设备故障检修难度较大

GIS在变电站中占据至关重要的位置。由于GIS设备罐体实际运行空间较小，一旦GIS设备出现故障及检测环节出现纰漏会导致设备内部出现死角，使工作人员无法及时掌握具有问题所在位置，仅可凭借GIS设备外观暴露的状况推测问题产生的原因，在此基础上更难以清理内部的异物，导致需花费大量时间寻找GIS设备中存在问题的出处，通过拆卸及替换新设备等方式开展维修及养护工作，使GIS设备故障检修难度增加；其次，由于SF6为重气体，其出现泄露且没有在第一时间发现会致人窒息。因此，若出厂检验工作不合格会增加GIS气室内的有毒物质，无法保证GIS设备的维修工作顺利进行。

GIS设备除变压器外皆为一次设备集成而来，此部分电器对GIS设备整体的安全性、稳定性及可靠性起到至关重要的作用，因此GIS设备故障检修工作不可缺少，需加强操作人员的设备运行勘察能力，确保其具备专业的操作技能，有效分析及总结GIS设备在运行过程中具体哪一方面存在纰漏，合理地分析问题的具体类型，进而达到故障检修目的。

2.3 GIS设备常见故障发生原因

在变电站实际运行过程中，由于断路器分合闸动作易产生问题，合闸操作一旦无法进行会导致控制回路、电能的影响因素增加，使断路器内的弹簧元件及合闸动作执行期间不具备充足的能量，导致整体SF6压力呈现持续下降趋势。不仅增加GIS设备故障检修难度较大，更会导致合闸动作在运行期间出现纰漏，由错误动作增加GIS设备的运行难度，使电源出现中断现象，制约分闸动作的开展，增加控制回路的故障隐患。从而规划出主要的故障原因为断路器的异常，或转换不良以及接触不良导致内部SF6压力骤降，促使后续分闸环节各项动作无法运行[1]。

在此背景作用下可结合互感设备的故障问题进行分析。电流互感器在常规情况下其屏蔽罩会向开关侧靠拢，使自身与GIS设备外壳能够更好地衔接，维持在此状态。一旦出现故障则会导致线路出现偏移，朝着相反的方向运行，存在于SF6分割区域并长期处于绝缘状态。若在此环节未发生回路，则会导致GIS设备在实际运行过程中某一区域出现松动问题，反而使两侧在同一时间内、同一状态下进行衔接，促使闭合回路的生成，直接对互感器的整体数值带来影响。

因此，在闭合回路持续运行的背景下，GIS设备会进行二次绕组动作，这样则会经过感应磁通，最后向着相反方向流动，将执行一次电流的抵消行为。互感器在此基础上仅可感受到一方的电流，无法测算出各环节电流中的差值，在持续变化的内部环境中使变比增大，出现零件规格的误差。此故障的发生原因，皆为操作人员在安装环节的考虑步骤，导致GIS设备运行环节出现零件安装误差[2]。

3 变电站GIS设备的故障检修方法

3.1 互感器设备的检修

在变电站GIS设备中互感器元件的故障频率相对较低，但仍存在故障发生的风险。可通过检修的方式绘制出完整的GIS设备回路电阻测量预制图（图1）。这样可根据电阻的运行状态掌握互感器哪一环节出现问题，根据具体的故障指引保证能在第一时间内找到问题的出处，以降低后续设备检修工作的执行难度[3]。

在一般状况下，通过科学安装的GIS设备不易出现互感器问题，而验收标准不达标、合格率不足，则会导致互感器故障问题频发。可结合图1中图纸测定保护区段的运行状态进行分析，准确掌握在线检测装置故障存在的位置，若整个设备都存在故障直接进行更换即可。但在更换工作执行前期，需对新互感器进行严格的检测，使其规格、参数、质量达到标准后方可进行更换。同时可将整个GIS设备内的参数进行分析，了解目前此设备实际需求，结合多方面因素执行更换工作，这样可保证GIS设备的安装流程满足变电站运行需求，使设备接地方式更加完整，让操作人员严格按照操作手册中的说明开展后续工作，保证每项工作皆能满足实际GIS设备运行所需，从而开展准确的安装，保证电网企业的经济效益得到相应提升[4]。

3.2 断路器的检修

在常规操作下GIS设备内断路器的故障发生频率较高。因此需加强对变电站运行现场的勘察力度，一旦确认为GIS设备故障，则可掌握目前断路器的故障情况：首先可断电检查，在诊断工作执行过程中优先判断是否为电源问题。通过更换电源对比诊断的方式了解合闸、分闸是否正常。若此方面未出现问题，则可掌握电能目前的支持状态，其若未出现任何动作则可判断为断路器异常。这时可在不破坏其他线路的前提下检查电源的空开情况，加强对GIS设备内各个区间进行监管。优先检查熔丝是否衔接正常；其次查询电源的空开状况，运用尝试的方式了解电源的空开状况，一旦出现熔丝断裂、熔断等状况，则需在停电的前提下进行熔丝的更换工作。优先测试新熔丝是否满足断路器的运行，在确保各方面操作无误后方可执行下一环节的检查工作，掌握汇控柜的运行状况，以保证此阶段的工作顺利开展[5]。

若电源在运行过程中未发现问题，则可测定控制回路的运行状态，如回路动作执行不正确，导致分闸、合闸出现运行错误等问题。因此可将检查中心规划于控制回路的检查阶段，策划出整个控制环节的关键点，了解问题发生的实际位置，结合故障产生的类型进行检测，保证分闸动作执行期间不会出现问题，再次确认合闸动作运行状况。若故障存在于分闸动作执行过程中，需检查断路器的控制把手、相互间的连接线路及分闸线圈是否存在异常。如出现特殊状况，则需聘请专业技术人员整合控制回路，进行二次详细检查，确保每个区域的问题被规划出来。若是合闸区域出现范围问题则需再次检查整个回路，使GIS设备中的各个线路不会出现断接问题，让专业操作人员进行整改。

另外，如果断路器的故障起因是由于内部SF6气体压力不足所导致，这时应给予整个断路器相应的重视，使分闸部分的各项操作能顺利开展，一旦存在异常则需及时中断断路器的电源，将其停止一段时间后，让各区域组件空开并在第一时间内向上级进行汇报，保证重合闸的组合工作能顺利开展，在得到领导部门的允许后方可进行下一步操作。利用母线串带的维修方式将未发现故障的区域进行分隔，将有故障的一段线路进行隔离，结合实际状况进行分析，改变断路器的实际搁置位置，让其转移到另一母线上，这样可保证中断故障断路器后各方面操作仍可正常进行，仅需在此区域进行维修工作即可。

与此同时，若合闸操作在经过上述维修工作后仍无法正常运行，则需再次申请重合闸，聘请专业维修人员开展全方位检修工作，将SF6气体压力提高到与警戒值持平，这样可保证分合闸的顺利运行。通过闭锁操作的方式稳定各机构的运行状态，及时标注出不可手动操作的区间。在此项工作实施完毕后，可掌握设备运行环节存在的缺陷，执行完整的管理制度，保证故障开关的分割共工作顺利开展，在关闭电源后方可邀请专业的操作人员进行维修，以保证变电站的顺利运行，降低不良因素对GIS设备带来的影响。

3.3 SF6气体的检修

在GIS设备检修环节应提高盛装气体的容器的标准，利用合适的材料满足检修工作的质量要求，首先工作人员需定期检测SF6空气质量，由于此气体有毒，应避免盛载容器存在泄露、气体聚集等问题。如：通过红外线捡漏法，让仪器接受反射红外线激光，在成像后方可掌握气体泄露存在的位置。同时可通过SF6电离法，根据GIS设备在脉冲高压条件下持续放电的特点调节电厂整体强化，掌握气体泄漏问题的具体位置。另外可利用液体表面张力法（肥皂水等）等进行检测，根据气泡位置确定泄露问题所在。

综上，为保证变电站的正常运行，需给予GIS设备相应的关注，加强对其故障原因诊断与检修工作的思考，保证GIS设备在变电站内能够顺利运行，为电网供电系统给予相应的辅助，结合实际分析的角度出发，确保各项探讨工作的完整性，降低外界因素对变电站带来的影响，从而彰显出变电站GIS设备的实际应用价值，促进电网工程的顺利开展。