試析變電站GIS 設備的故障診斷及檢修

趙宏

摘要：針對氣體絕緣金屬全封閉開關設備（gasinsulatedswitchgear，GIS）故障頻發問題，提出一種基于振動特征估計的 GIS設備故障檢測與分析方法;首先，提取 GIS設備金屬外殼振動信號特征并基于通用自回歸模型建立系統的狀態空間模型;然后，采用粒子濾波算法對 GIS設備振動特征進行估計。同時，將特征估計值與實際測量值之間殘差的絕對值作為設備故障檢測指標，結合自適應閾值方法來檢測故障;昀后，依據振動特征殘差的變化趨勢實現機械故障與放電故障的隔離。對多組變電站現場 GIS設備不同故障前、后實測振動數據的仿真分析發現，通過振動特征估計不僅可以準確檢測設備故障，而且可以有效隔離設備機械故障與放電故障。

關鍵詞：GIS設備;振動特征;粒子濾波;自回歸模型;自適應閾值;故障檢測與分析

引言

隨著電力系統容量的不斷增加，江西省超高壓電網的不斷擴大，斷路器在變電站的安全生產運行中發揮著不可替代的重要作用[1]。本文結合一起某 500kV變電站 220kV母聯 GIS斷路器（型號ZF11-252L）拒分故障的分析與處理，使得當該類型斷路器發生拒分問題后能迅速處理該類型故障，減少停電事件，保證電力系統的穩定可靠運行。

1GIS設備運行管理概況

GIS設備運行管理中，SF6氣體壓力屬于關鍵的構成，為了提升其絕緣成效，應該嚴格的將氣體壓力控制在標準值范圍中，如果 SF6氣體過量導致泄漏，則會危及到工作人員的生命安全，同時影響變電站正常電網運行。不同廠家設定的 GIS設備的氣壓值各具差異，需要技術人員檢查期間，遵循廠家壓力值標準合理的設置。

GIS設備檢查、驗收環節，要進行巡視工作。有效的檢查安裝牢固性、外表的清潔程度、支架和接地引線銹蝕狀況、母線伸縮節安裝是否滿足規定、氣體壓力是否達標、液壓機構油位狀態是否符合規定等。GIS設備的巡視維護，也要細致的檢查好設備的各項儀表、外觀狀態，以及了解到運行環境，儀表計量設備、加熱器使用情況、帶電顯示器指示狀態、斷路器指示動作等，都是巡檢的重點。能夠確保 GIS設備的正常運行的重要手段巡視維護。這個時候，應該要進行檢查的是設備的各種儀表、運行環境、外觀等地方進行細致的檢查，做到完善的維護和運行。對儀表進行檢查，認真合規檢查對應接地開關、斷路器等設備位置指示是否工作正常;加熱器的使用是否符合使用規范;斷路器和帶電顯示器的運行狀態是否正常等。在進行外觀檢查的期間，主要檢查 GIS的防護門是否處在密封狀態，閥門是否出現破損，通過儀器檢查有沒有出現漏氣現象。環在運行境進行檢查期間，要對設備的聚源氣體進行環境的檢查，準確地測量設備的聚源氣體 SF6的含量，保證氣體含量維持在合理數值范圍內，檢查設備周圍環境是否存在潮濕和污染的情況等。為了更好地對事故進行避免，維修人員應當按時對設備進行巡檢。GIS設備是全封閉的狀態，一旦設備出現問題，將會造成維修的困難，而且還會引起其他相關設備的故障。雖然設備故障的情況較少，但是還是會出現比如絕緣氣體的泄漏、濕度過高、絕緣部件老化等問題。因此這樣看來，維修人員對 GIS設備的按時巡檢非常重要。

GIS設備資料的管理尤為關鍵，可以保障對現場工作時的運行規程準確的編制，以及輔助整理設備臺賬。展開資料管理，要統計 GIS設備的基本數據資料，同時歸納設計圖紙、廠家的說明書以及合格證書等內容，提供給后期的設備維修重要指導。管理 GIS的設備資料，不僅能更加快速整理設備臺賬是，同時能夠更具體有效地管理在現場工作地進行。管理相關資料，對 GIS設備的基本數據資料進行詳細地統計，相關的設計圖紙、合格證、廠家的說明材料等進行一定歸納，此類具體工作都為后期設備運行維修提供強有力地支撐。

2氣室漏氣

SF6氣體泄漏造成GIS氣室內的氣體壓力下降，大大降低氣體絕緣設備的絕緣強度，又極大地降低GIS組合電器滅弧室的滅弧能力。當SF6氣體嚴重泄漏時會造成斷路器閉鎖，從而發生斷路器不能正常操作，SF6設備發生內部絕緣擊穿等重大事故。某核電廠開關站發生多起不同類型的漏氣缺陷，總結概括為：法蘭面螺栓未緊固到位、密封墊圈失效、設備沙眼、機構軸封進水銹蝕等。造成這些漏氣的主要原因為產品質量欠佳、不遵守安裝施工工藝以及運行環境溫差等。一般現場發生氣室泄漏時，第一時間要判斷漏點所在、泄漏類型，然后再進行相應的處理。傳統漏點判斷方法為包扎檢漏，該方法對于室內GIS設備漏點判斷非常有效，但是對于戶外或是GIS高位設備的檢測則比較困難。目前市場上另一種新型的檢漏方法———紅外監測，正在流傳。即利用鹵素紅外成像儀對設備漏點進行監測。該儀器不僅能清晰地拍出漏點所在，同時對于漏點泄露的速率也能比較直觀地反映出來。一般漏點位置判斷準確后，需進一步核實漏點的大小，即泄露速率。目前GIS設備大多配置SF6在線監測裝置，該裝置對于氣室壓力的監測較為準確。因此在發生氣室漏氣時，可通過調取SF6在線監測裝置的壓力曲線來判斷氣室漏氣速率，從而為設備運行決策及后續消卻方案提供過程依據。

3GIS機械故障振動檢測技術

GIS的監測技術大致經歷了周期性在線監測和長期在線監測的發展過程。所謂設備在線監測，就是說通過不間斷的監測運行設備的實時狀態，將采集到的信號量進行處理比較，提取需要的信息，通過對信號識別來判斷設備的狀態、設備故障和異常部位、原因和程度、預測設備故障或異?？赡馨l生的速度和后果，定出維修計劃和項目。GIS在線監測的目的是通過監測 GIS本體運行狀態以及輔助設備和控制功能的狀態，提升狀態檢修效率，降低電力設備運行故障率，提高設備的使用壽命以及設備運行的經濟效益。以 GIS機械觸頭接觸不良導致的振動為例進行分析：

3.1試驗設備及接線

利用一臺 252kV帶有隔離開關的 GIS進行機械故障振動檢測仿真實驗。實驗中電流源采用 FCG-3000/5數字式大電流發生器，該發生器采用數控技術，抗干擾能力強，采用低功耗、大容量的自耦線圈和高導磁率鐵芯制作的變流器，其基本原理與電流互感器相似，僅僅是將電流互感器的線圈反過來用。該發生器昀高輸出電流可達 3000A。本次試驗需加壓到1000A左右。試驗電壓可調，面板自帶數顯電流表。

3.2回路電阻

進行安裝 GIS設備期間，不能對于安裝以后的設備回路電阻值進行明確，所以安裝結束后，容易產生較大的回路電阻。處理的舉措就是，將刀動觸座拆開，明確靜觸頭部位導電桿有無在居中狀態，如果傾斜，要清理打磨梅花觸頭的動觸桿，使得修正以后的導電桿在中間位置，之后安裝好觸座?；蛘呤谴嬖?CT接頭以及開關形成黑點的現象，導致出現較大的回路電阻。產生黑點主要就是因為廠家沒有抽真空，不夠純度的 N2遇水出現氧化，提升回路電阻。需要打磨清潔處理接頭，可以讓回路電阻恢復正常狀態。

結語

如何讓 GIS設備的運行發揮出可靠性高、工作量少、檢修周期長的特點，這需要各個方面的密切配合。只有從產品制造、施工管理和驗收等環節抓起，再加上后期的認真維護，就會把設備的優勢昀大化。這些年來，出現過很多 GIS設備出現問題導致電網事故，出現的原因很多都是因為選擇的材料不好、制作工藝不精細、沒有認真的管理、產品售后不認真、運行維護不當等。這些問題都是值得我們注意的。

對變電站 GIS設備運維管理工作不斷加強，屬于確保電網系統正常運行的關鍵性途徑。同時需要工作人員全面的掌握住 GIS設備特點，注意總結歷史問題，針對性的處理關鍵問題，一方面促進設備使用的穩定性提升，另一方面也可以提升運維人員的工作效率。

參考文獻

[1]黃炎.試析變電站 GIS設備的故障診斷及檢修[J].電子測試，2019（24）：104-105.

[2]石軍.試析 GIS設備的運行與維護[J].低碳世界，2015（35）：56-57.