GIS设备局部放电故障分析研究

GIS设备局部放电故障分析研究

赵东生

中原油田分公司供电服务中心 河南省 457000

摘要：现当今，随着我国经济的快速发展，我国的科技创新事业得到迅速发展，GIS设备广泛应用于电力系统、水利工程等领域，但仍处于创新应用的探索期。GIS设备具有体积小、技术可靠性高、不受外在因素干扰、危险性低、设备运行周期长等优点。但凡事物都会存在两面性，GIS设备也存在着一些缺陷，比如GIS是一个全封闭性的电组合设备，无法通过常规检测方法推测故障出现的原因。其次设备的体积比较小，安装时十分紧凑，运行过程中内部的零件损坏会波及到其他部分，影响向外扩散，最终使设备整体遭到损坏，导致停电范围扩大。

关键词：GIS设备;局部放电;故障分析

引言

随着经济建设的不断发展，用电负荷逐年增加，新变电站的建设和旧变电站的改造迫在眉睫，而城区或山区用地的成本不断增加，造成了建设成本的上升，因此节省变电站用地就变得十分必要。常规的敞开式变电站的交流一次设备全部外置，考虑到绝缘问题，设备的本身体积较大，同时设备间的绝缘距离也需加大，因此造成了变电站占用面积的增加。而GIS设备的一次设备全部内置，绝缘介质的电气强度较高，需要的绝缘距离较小，故体积较小，但造成了故障诊断困难。本文结合实际安装和运行经验，对GIS设备内部故障及局部放电测试诊断进行了分析。

1．GIS设备发生故障带来的负面影响

GIS设备发生故障会给整个电力系统的正常运转带来极大的负面影响，具体表现为以下几个方面：第一，影响电力系统的正常运转，GIS设备作为电力系统中的关键装置，如果GIS设备发生故障必定会导致整个电力系统的正常运行受到严重影响，甚至会导致整个电网出现故障，进而给企业带来巨大的经济损失。第二，制约企业的正常生产活动，目前我国很多变电站和发电站都普遍应用了GIS设备，这就使得GIS设备故障的影响范围和破坏力更大。第三，增加企业费用开支，GIS设备在电力行业发展中占据着十分重要的地位，因此GIS设备出现故障，供电企业就必须及时的安全专业技术人员进行维修，这就必然需要增加后期的维修保养费用的开支。

2．GIS设备局部放电故障分析

在长时间的工作中，GIS设备内部很容易出现故障，由于该设备是密封的，一旦发生故障，很难查找原因，而且维修困难，费用昂贵，特别是局部放电故障，局部放电会损坏GIS设备的绝缘，造成绝缘性能低，随着损坏规模的增大，危害将会越来越严重，在达到一定程度时会击穿绝缘，造成设备短路，进而停止工作。一旦故障发生将会给水电工程造成极大地损失。造成局部放电的原因有多种，比如设备材料质量劣质、设备安装不符合标准、微尘异物进入等，针对此种故障，应对其原因进行细致分析。（1）设备材料劣质材料把关不严谨，外购的绝缘件配件质量参差不齐，其清洁度与标准有差异。母线气室内有超过允许长度范围的自由金属体，包括导体和外壳内表面的突起金属。金属突起一般是在生产和安装过程中造成的，导致产生毛刺，而且比较尖锐，在快速的工作频率状态下产生自由导电微粒，进而造成故障。（2）安装标准不符规定在安装时，未按照正规的程序标准进行，在连接电极表面处未进行彻底的清理，存在表面划伤痕迹、安装位置错误、电极错位、密封不严等情况。（3）微尘异物的进入主要是由于组装条件有限，没有彻底清除GIS设备内部的微尘和异物引起，微尘和异物中以自由金属微粒的危害最为严重，极易引起局部放电，进而导致设备故障。此外，由于工作现场环境较恶劣，有微尘异物等杂质进入设备内部。（4）设备接触不良包括主触头接触不良、屏蔽罩接触不良两大类，此状况易造成设备振动及过热，降低GIS设备的绝缘性能，导致局部放电。此外，传导部分接触不良也可能导致局部放电，如静电屏蔽和其它浮动部件等。（5）气室漏气将导致绝缘性能下降，造成绝缘击穿，进而导致放电故障发生。（6）绝缘子缺陷在出厂时不会出现，一般在运输和安装过程中造成损伤，部分缺陷最初是无害的，但在机械振动及静电力的作用下会发生轻微移动，具有潜在隐患。绝缘子表面的缺陷会引起电荷数的增加，形成表面放电，造成绝缘子表面的绝缘劣化，进而击穿。此外，由于环氧树脂和金属电极的收缩系数不同，在实际中形成气泡或空隙，这类绝缘缺陷也可能在GIS设备中产生局部放电，绝缘体中长时间局部放电会腐蚀绝缘材料，严重者将导致绝缘击穿。

3．GIS设备局部放电对策研究

3.1加强设备有关制度管理

一些生产内部的元件或是组装的过程中容易产生表面受损或是污染问题，造成绝缘体的异常发电，进而引起内部放电问题。因此，在GIS内部进行组装的时候，就要严格检查绝缘件受损情况，防止一些不合格的产品进入设备，同时有关检查人员一定要在产品出厂前，进行严格的标准规定。

3.2建立检测系统

（1）脉冲电流法，又称耦合电容法。此方法操作简单，便于实现；但是在现场测试时，由于外壳上的电容电极耦合探测局放信号与多种噪声混和在一起，无法识别，这一缺陷限制了该方法在实际中的推广。（2）超高频法。其方法灵敏度高，通过放电源到传感器的时间差对放电源部位进行精确定位。该种方法对传感器的要求较高，成本较昂贵。（3）超声波监测法。当GIS设备内部产生局部放电时会产生冲击振动和声音，通过腔体外壁上安装的超声波传感器检测局部放电，此方法是目前比较成熟的监测方法，它可以抵抗电磁干扰，但是，其声音信号在通过不同介质时的传播速率不同，而且会产生反射，高频部分衰减较快。这一特性要求工作人员必须有丰富的经验，同时，长时间监测需要较多传感器，实际使用不太方便。

3.3加强设备现场安装和验收管理

对于GIS设备，安装的环境一定要有一定的标准要求，比如：温度不能太过于高或者是低，控制在一定的范围内，风速一般不能超过5m/s等等，要满足这样的外界环境要求，也可以相应的配备一些外部设施，以达到设备所需要的外部条件，更好的达到利用率。除了设备的配置，还要控制设备暴露在空气中的时间，严格按照有关设备的安装要求，制备相应的有关作业的指导书，重点对各种连接件外观进行检查，达到有关说明书的各项要求。

结语

随着科技的发展，GIS设备在水电工程建设中必将发挥重要的作用，但其频繁发生故障也是阻碍GIS设备应用普及的主要问题之一。本文通过对GIS设备局部放电的分析，提出防患局部放电故障的对策，对实际运行、维修工作具有一定的参考价值。对于运行期间发生的故障，应找准原因，及时采取相应措施解决，避免产生严重的事故；在平常应加大对设备的检修力度，积极摸索新型的检测手段，对于设备的安全运行及水电工程的发展具有重要的意义。

参考文献

[1]齐波，李成榕，耿弼博，郝震，于乐，高继新.GIS设备绝缘子高压电极故障局部放电严重程度的诊断与评估[J].高电压技术，2017.37（07）：1719-1723.

[2]常铁军，王荣亮，李春茂.基于特高频技术的GIS局部放电在线监测系统[J].信息系统工程，2018（07）：24-26.

[3]梅晓云，罗佳芳，许彩祥.GIS局部放电超声波传感器电路优化与定位应用[J].大众科技，2018（07）：22-24.

[4]刘媛,杨景刚,贾勇勇,等.基于振动原理的GIS隔离开关触头接触状态检测技术[J].高电压技术,2019,45(05):1591-1599.

[5]肖慧慧,胡晓东,邓阳.综合应用多种带电检测手段确诊设备局部放电缺陷[J].机车电传动,2018(04):101-102+123.