浅议GIS绝缘试验及常见故障诊断技术

摘 要：本文主要介绍了GIS电气设备的概念、工作场所、使用优点，分析了对GIS进行绝缘试验的必要性，阐述了GIS绝缘试验原理以及GIS常见的故障以及处理故障的措施。

关键词：GIS；绝缘试验；故障诊断技术

1 GIS相关理论

GIS（gas-insulated metal-enclosed switchgear）指气体绝缘金属封闭开关设备（组合电器），是60年展起来的新一代成套封闭式高压电器设备。它是由断路器、隔离开关、接地开关、避雷器、电压互感器、电流互感器、套管、母线、连接管和其他过渡元件（如出线套管、电缆终端盒、与变压器的连接结构等）多种高压电器组合在一起，并全部封闭在接地的金属外壳内，壳内充以一定压力的SF6气体作为绝缘和灭弧介质。某GIS电气主接线如图1-1所示。

GIS的突出优点是小型化、封闭式和大幅度节省占地面积。由它所构成的变电站只有常规变电站占地面积的10%～15%。GIS还具有不受环境污染和高海拔的影响、运行维护工作量少、检修周期长、安全可靠性高，因外壳屏蔽而没有触电危险，也不会产生电晕和静电感应等优点。通常110kV及以下电压等级采用全三相封闭式，220kV级常对断路器以外的其他元件采用三相封闭式；330kV及以上等级一般采用单相封闭式结构，有时对母线采用三相封闭式结构。

2 GIS绝缘试验

2.1雷电冲击试验

雷电冲击试验在检测检验费正常电场时具有灵敏性的特点。由于实验所需样品的电容较大，冲击电压发生器的体积较大，往往会引起波的反射，所以在具体的现场试验过程中很少采用雷电冲击电压进行试验。相关标准规定，在进行雷电冲击电压试验时，波前时间可延长到8μs；如采用振荡的雷电冲击波，则波前时间可延长到约15μs。

2.2操作冲击电压

操作冲击波下的绝缘特性是介于交流电压和雷电冲击波特性之间的。因此，与雷电冲击波比，操作冲击波的优点是能检查出设备被自由导电微粒污染的问题；与交流电压相比，则操作冲击波对异常电场情况的检测灵敏度要高些。由于产生非周期的操作冲击波时发生器的效率太低，所以实际上均采用振荡操作波形，到达峰值电压的时间一般应不小于150μs。振荡操作波发生器设备较简单，因此特别适合于较高额定电压的试品。

2.3直流电压试验

直流电压试验对于交流GIS是不适合的，这是因为自由导电微粒在直流下的运动特性和交流下不同。此外，绝缘支撑在直流下的电压分布与交流电压下不同，因此直流下闪络电压规律与交流下也是不同的。试验表明，直流电压下SF6气体中的微粒引发的击穿电压具有极大的分散性，其最低击穿电压比交流时低。

3 GIS常见故障

GIS设备运行可靠性高、维护工作量小、检修周期长的优点已体现出来。但也先后出现过一些故障，主要表现在以下几方面：

3.1 SF6气体泄露

一般而言，SF6气体泄漏故障常常发生在GIS的密封面、电焊节点以及管路的接头处。这主要是由于焊缝砂眼以及密封垫老化所造成的。为保证GIS的正常的工作压力，必须对其补充气体。

3.2开关故障

开关故障主要有隔离开关、真空断路器、接地开关等所造成的气体击穿和接触不良。

3.3 GIS内部放电

制造工艺不良、金属杂质以及绝缘子内部的气泡都会导致GIS内部个别部位处于悬浮电位，产生电晕放电和局部放电。

3.4 液压机构渗漏油

液压机构渗漏油主要是由于密封垫被腐蚀，安装位置不正引起。

4 GIS故障诊断方法

GIS的故障诊断方法主要有物理方法和化学方法。一般而言GIS发生故障时，都会伴随着物理的和化学的现象产生，运用检测仪器分别检测出现物理和化学现象时候所伴随的声光、电磁信号，运用故障诊断技术来判断GIS的故障。

1、机械振动法

机械振动法是在设备不停电的情况下检测局部放电的一种方式。一般而言，局部放电都会伴随着振动的产生，而振动的信号又很容易被检测出来。

2、检测管检测法

GIS在长期的运行中以及内部放电都会将SF6气体进行电离分解，通过对分解出相关气体进行检测，从而判断设备是否发生局部放电。具体的方法是从GIS设备中提取一定的气体，将该气体分别通过SO2、HF检测管，观察检测管内部是否会有颜色的变化，从而得出相关气体的浓度，以此来判断高压电气设备内部是否发生局部放电。

3、超声波检测法

GIS内部的局部放电会产生超声波，超声波信号会传达到电气设备的表面，在设备表面装设相关检测仪器，检测电气设备内部是否发生局部放电。

4、电测法

利用GIS带电部分与缸体保持绝缘的绝缘子的静电电容进行局放监测。使用该方法时可以采用电容耦合法对高压导体进行测量，也可以对外壳的接地线进行测量。

5 GIS故障判断

对GIS进行诊断首先是利用上述各种方法，通过伴随故障出现的各种物理和化学现象，直接检测故障。该方法具有快速的特点，然而只能检测部分故障。

第二是利用故障所对应的征兆来诊断故障。

6 GIS故障处理

可以采取下列方法处理GIS故障。

（1）对GIS气体泄漏故障，常常采用检测仪器对泄漏的气体进行一段时间间隔的检测，找到相应的漏气点，若是焊缝故障，对焊缝进行修补重新焊接。如果是由于密封不严造成的，要及时更换密封垫圈。

（2）对于接触不良导致的故障，要对电气设备进行停电，查明故障原因，找出故障原因，从而进行有针对性的处理。

（3）对由于液压机构漏油所造成的GIS故障，必须在停电后对液压机构进行泄压处理，深刻查明故障原因，及时处理。

参考文献

[1] 黄绍平.《成套开关设备实用技术》，机械工业出版社.2008.

[2] 罗学琛.《SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS）》，中国电力出版社.1999.

[3] 化晨冰.《GIS带电测试技术的现状与发展》，电器开关.2013.