GIS的試驗(yàn)與監(jiān)測(cè)

第七章GIS的試驗(yàn)與監(jiān)測(cè)GIS(gas-insulatedmetal-enclosedswitchgear)指氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備(組合電器)，是60年代發(fā)展起來(lái)的新一代成套封閉式高壓電器設(shè)備。它是由斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、避雷器、電壓互感器、電流互感器、套管、母線、連接管和其他過(guò)渡元件（如電纜終端盒、出線套管、與變壓器的連接結(jié)構(gòu)等）多種高壓電器組合在一起，并全部封閉在接地的金屬外殼內(nèi)，殼內(nèi)充以一定壓力的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)。GIS的突出優(yōu)點(diǎn)是小型化、封閉式和大幅度節(jié)省占地面積。由它所構(gòu)成的變電站只有常規(guī)變電站占地面積的10%～15%。GIS還具有不受環(huán)境污染和高海拔的影響、運(yùn)行維護(hù)工作量少、檢修周期長(zhǎng)、安全可靠性高，因外殼屏蔽而沒(méi)有觸電危險(xiǎn)，也不會(huì)產(chǎn)生電暈和靜電感應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。通常110kV及以下電壓等級(jí)采用全三相封閉式，220kV級(jí)常對(duì)斷路器以外的其他元件采用三相封閉式；330kV及以上等級(jí)一般采用單相封閉式結(jié)構(gòu)，有時(shí)對(duì)母線采用三相封閉式結(jié)構(gòu)。GIS試驗(yàn)包括主回路電阻測(cè)量、元件試驗(yàn)及連鎖試驗(yàn)、絕緣試驗(yàn)以及SF6氣體檢測(cè)試驗(yàn)等。第一節(jié)GIS的回路電阻測(cè)量一、主回路電阻測(cè)量目的：檢查整個(gè)GIS本體一次導(dǎo)電回路中電接觸、導(dǎo)電材料、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、制造質(zhì)量以及現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量是否符合技術(shù)要求。方法：直流壓降法；使用回路電阻測(cè)試儀，依據(jù)工廠設(shè)計(jì)文件《主回路電阻測(cè)量方案》要求，閉合待測(cè)回路上的斷路器（CB）、隔離開(kāi)關(guān)(DS)和接地開(kāi)關(guān)(ES)，去除接地開(kāi)關(guān)端子上的接地板，給每一被測(cè)試區(qū)間部位通入50～100A直流電流，測(cè)量回路兩端之間的直流電阻。標(biāo)準(zhǔn)：不超過(guò)出廠計(jì)算值的1.2倍。試驗(yàn)中應(yīng)注意的問(wèn)題：a.試驗(yàn)可以在SF6氣體中或空氣中進(jìn)行，不允許在真空狀態(tài)下進(jìn)行；b.電流注入點(diǎn)一般在接地開(kāi)關(guān)端子處，應(yīng)避免與電壓測(cè)量點(diǎn)重合；c.對(duì)于雙母線設(shè)備，在測(cè)量時(shí)要注意開(kāi)關(guān)狀態(tài)，避免出現(xiàn)分流現(xiàn)象，影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；d.R=U/I

基于直流壓降法時(shí)，可采用直流電源、分流器和毫伏表測(cè)量回路電阻，也可采用回路電阻測(cè)試儀來(lái)進(jìn)行測(cè)量。二者基本原理一致，測(cè)量時(shí)應(yīng)注意接線方式帶來(lái)的誤差，電壓測(cè)量線應(yīng)在電流輸出線的內(nèi)側(cè)，且電壓測(cè)量線應(yīng)接在主回路正確的位置，否則將產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。在GIS母線較長(zhǎng)間隔較多，并且有多路進(jìn)出線的情況下，應(yīng)盡可能分段測(cè)量，以便有效地找到缺陷的部位?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)應(yīng)與出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，當(dāng)被測(cè)回路各相長(zhǎng)度相同時(shí)，測(cè)得的各相數(shù)據(jù)應(yīng)相同或接近。例如，圖7－1所示測(cè)量GIS的主回路電阻時(shí)，可以首先測(cè)量A1-A2之間的電阻，若三相測(cè)量數(shù)據(jù)與出廠數(shù)據(jù)差別較大或三相數(shù)據(jù)差別較大，應(yīng)對(duì)測(cè)量回路分段，以找到有安裝缺陷的部件。如從B、C兩點(diǎn)通電測(cè)量，可以判斷斷路器QFl的接觸情況；從D、E兩點(diǎn)通電測(cè)量回路電阻，可以準(zhǔn)確判斷斷路器QF2的接觸情況。圖7－1某GIS的主接線A1A2第二節(jié)GIS元器件試驗(yàn)及連鎖試驗(yàn)一、GIS元件試驗(yàn)在條件具備的情況下，應(yīng)盡可能對(duì)GIS各元件包括斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電壓互感器、電流互感器和避雷器多做一些項(xiàng)目的試驗(yàn)，以便更好地發(fā)現(xiàn)缺陷。試驗(yàn)前，應(yīng)了解試品的出廠試驗(yàn)情況、運(yùn)輸條件以及安裝過(guò)程中是否出現(xiàn)過(guò)異常情況，以便確定試驗(yàn)的重點(diǎn)，決定是否需要增加某些試驗(yàn)項(xiàng)目。由于GIS各元件直接聯(lián)結(jié)在一起，并全部封閉在接地的金屬外殼內(nèi)，測(cè)試信號(hào)可通過(guò)出線套管加入；或通過(guò)打開(kāi)接地開(kāi)關(guān)導(dǎo)電桿與金屬外殼之間的活動(dòng)接地片，從接地開(kāi)關(guān)導(dǎo)管加入測(cè)試信號(hào)。各元件試驗(yàn)項(xiàng)目的試驗(yàn)原理與敞開(kāi)式設(shè)備一致。

1、斷路器（1）測(cè)量斷路器的分、合閘時(shí)間及合分時(shí)間，必要時(shí)測(cè)量斷路器的分、合閘速度；（2）測(cè)量斷路器分、合閘同期性及配合時(shí)間；（3）測(cè)量斷路器合閘電阻的投入時(shí)間；（4）測(cè)量斷路器分合閘線圈的絕緣電阻及直流電阻；（5）進(jìn)行斷路器操作機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)；（6）檢查斷路器操作機(jī)構(gòu)的閉鎖性能；（7）檢查斷路器操作機(jī)構(gòu)的防跳及防止非全相合閘輔助控制裝置的動(dòng)作性能；（8）斷路器輔助和控制回路絕緣電阻及工頻耐壓試驗(yàn)。2、隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)(1)檢查操作機(jī)構(gòu)分、合閘線圈的最低動(dòng)作電壓；(2)操作機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)；(3)測(cè)量分、合閘時(shí)間；(4)測(cè)量輔助回路和控制回路絕緣電阻及工頻耐壓試驗(yàn)。

3、電壓互感器和電流互感器(1)極性檢查；(2)變比測(cè)試；(3)二次繞組間及其對(duì)外殼的絕緣電阻及工頻耐壓試驗(yàn)。4、金屬氧化物避雷器(1)測(cè)量絕緣電阻；(2)測(cè)量工頻參考電壓或直流參考電壓；(3)測(cè)量運(yùn)行電壓下的阻性電流和全電流；(4)檢查放電記數(shù)器動(dòng)作情況。二、連鎖試驗(yàn)GIS的元件試驗(yàn)完成后，還應(yīng)檢查所有管路接頭的密封，螺釘、端部的連接，以及接線和裝配是否符合制造廠的圖紙和說(shuō)明書(shū)。應(yīng)全面驗(yàn)證電氣的、氣動(dòng)的、液壓的和其他連鎖的功能特性，并驗(yàn)證控制、測(cè)量和調(diào)整設(shè)備(包括熱的、光的)動(dòng)作性能。GIS的不同元件之間設(shè)置的各種連鎖應(yīng)進(jìn)行不少于3次的試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其功能是否正確?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)驗(yàn)證以下連鎖功能特性：(1)接地開(kāi)關(guān)與有關(guān)隔離開(kāi)關(guān)的相互連鎖；(2)接地開(kāi)關(guān)與有關(guān)電壓互感器相互連鎖；(3)隔離開(kāi)關(guān)與有關(guān)斷路器的相互連鎖；(4)隔離開(kāi)關(guān)與有關(guān)隔離開(kāi)關(guān)相互連鎖；(5)雙母線接線中的隔離開(kāi)關(guān)倒母線操作連鎖。第三節(jié)GIS的絕緣試驗(yàn)一、GIS絕緣試驗(yàn)的特點(diǎn)(現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn))

封閉式組合電器和氣體絕緣電纜在工廠中制造、試驗(yàn)之后，以運(yùn)輸單元的方式運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)安裝工地。因此設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)組裝后必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)，這是GIS和GIC(cable)和其他電力設(shè)備所不同的特點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)的目的是檢查總體裝配的絕緣性能是否完好。設(shè)備在運(yùn)輸過(guò)程中的機(jī)械振動(dòng)、撞擊等可能導(dǎo)致GIS元件或組裝件內(nèi)部緊固件松動(dòng)或相對(duì)位移；安裝過(guò)程中，在聯(lián)結(jié)、密封等工藝處理方面可能失誤，導(dǎo)致電極表面刮傷或安裝錯(cuò)位引起電極表面缺陷；空氣中懸浮的塵埃、導(dǎo)電微粒雜質(zhì)和毛刺等在安裝現(xiàn)場(chǎng)又難以徹底清理；國(guó)內(nèi)外還曾出現(xiàn)將安裝工具遺忘在GIS內(nèi)的情況。這些缺陷如未在投運(yùn)前檢查出來(lái)，將引發(fā)絕緣事故。因此現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)是必不可少的，但它不能代替設(shè)備在制造廠的型式試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)主要是為了消除運(yùn)輸和安裝中造成的可能導(dǎo)致內(nèi)部故障的意外因素，因此只要求其試驗(yàn)電壓值不低于工廠試驗(yàn)電壓的80％。但由于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)被試設(shè)備的尺寸大、對(duì)地電容量大，給現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)帶來(lái)較大的困難，因此現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)的方法與常規(guī)的高壓試驗(yàn)方法有所不同。GIS的現(xiàn)場(chǎng)耐壓可采用交流電壓、振蕩操作沖擊電壓和振蕩雷電沖擊電壓等試驗(yàn)裝置進(jìn)行。交流耐壓試驗(yàn)是GIS現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)最常見(jiàn)的方法，它能夠有效地檢查內(nèi)部導(dǎo)電微粒的存在、絕緣子表面污染、電場(chǎng)嚴(yán)重畸變等故障；雷電沖擊耐壓試驗(yàn)對(duì)檢查異常的電場(chǎng)結(jié)構(gòu)(如電極損壞)非常有效?，F(xiàn)場(chǎng)一般采用振蕩雷電沖擊電壓試驗(yàn)裝置進(jìn)行；操作沖擊電壓試驗(yàn)?zāi)軌蛴行У貦z查GIS內(nèi)部存在的絕緣污染、異常電場(chǎng)結(jié)構(gòu)等故障，現(xiàn)場(chǎng)一般也采用振蕩型試驗(yàn)裝置。二、試驗(yàn)電壓波形的選擇選擇現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)電壓波形時(shí)，應(yīng)考慮GIS的特點(diǎn)，即試品電容量大、電極表面缺陷和導(dǎo)電微粒在不同電壓波形下對(duì)氣體絕緣的影響是不同的。下面對(duì)不同試驗(yàn)電壓波形進(jìn)行比較。1、交流電壓(老練凈化)交流電壓試驗(yàn)對(duì)檢查介質(zhì)污染（例如導(dǎo)電微粒）是相當(dāng)靈敏的，且在大多數(shù)情況下對(duì)檢查異常的電場(chǎng)情況（如電極表面有缺陷）也有足夠的靈敏度。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試驗(yàn)電壓頻率一般應(yīng)在10～300Hz范圍內(nèi)。交流電壓試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是可與老練試驗(yàn)結(jié)合進(jìn)行。老練試驗(yàn)(設(shè)備逐步施加交流電壓)時(shí)，對(duì)被試設(shè)備施加逐級(jí)升高的交流電壓，使可能存在的導(dǎo)電微粒移動(dòng)到低電場(chǎng)區(qū)或微粒陷阱中，因而不再對(duì)絕緣起危害作用。2、雷電沖擊試驗(yàn)雷電沖擊試驗(yàn)對(duì)檢查異常電場(chǎng)情況，例如電極損壞特別靈敏。但因?yàn)樵嚻冯娙荽?，所需的沖擊電壓發(fā)生器體積龐大，且雷電波的波頭較陡，會(huì)在尺寸較大的被試品中引起波的反射，因此在現(xiàn)場(chǎng)很少采用雷電沖擊電壓試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如進(jìn)行雷電沖擊試驗(yàn)，波前時(shí)間可延長(zhǎng)到8μs；如采用振蕩的雷電沖擊波，則波前時(shí)間可延長(zhǎng)到約15μs。3、操作沖擊電壓操作沖擊波下的絕緣特性是介于交流電壓和雷電沖擊波特性之間的。因此，與雷電沖擊波比，操作沖擊波的優(yōu)點(diǎn)是能檢查出設(shè)備被自由導(dǎo)電微粒污染的問(wèn)題；與交流電壓相比，則操作沖擊波對(duì)異常電場(chǎng)情況的檢測(cè)靈敏度要高些。由于產(chǎn)生非周期的操作沖擊波時(shí)發(fā)生器的效率太低，所以實(shí)際上均采用振蕩操作波形，到達(dá)峰值電壓的時(shí)間一般應(yīng)不小于150μs。振蕩操作波發(fā)生器設(shè)備較簡(jiǎn)單，因此特別適合于較高額定電壓的試品。4、直流電壓直流電壓試驗(yàn)對(duì)于交流GIS是不適合的，這是因?yàn)樽杂蓪?dǎo)電微粒在直流下的運(yùn)動(dòng)特性和交流下不同。此外，絕緣支撐在直流下的電壓分布與交流電壓下不同，因此直流下閃絡(luò)電壓規(guī)律與交流下也是不同的。試驗(yàn)表明，直流電壓下SF6氣體中的微粒引發(fā)的擊穿電壓具有極大的分散性，其最低擊穿電壓比交流時(shí)低。三、現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)原理GIS的現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)采用工頻試驗(yàn)變壓器、調(diào)感式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置和調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置三種試驗(yàn)設(shè)備。自從有了串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置以后，現(xiàn)場(chǎng)已很少再使用工頻試驗(yàn)變壓器作耐壓設(shè)備。調(diào)感式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置采用鐵芯氣隙可調(diào)節(jié)的高壓電抗器，其缺點(diǎn)是噪音大、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備笨重、運(yùn)輸困難，但試驗(yàn)電壓頻率一般為工頻。調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置采用固定的高壓電抗器，試驗(yàn)回路由可控硅變頻電源裝置供電，頻率在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，其特點(diǎn)是尺寸小、質(zhì)量輕、品質(zhì)因數(shù)高，可帶電磁式電壓互感器同時(shí)試驗(yàn)，無(wú)“試驗(yàn)死區(qū)”，但試驗(yàn)電壓頻率非工頻，且由于變頻電源裝置內(nèi)電子元器件很多，其可靠性稍差。隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，其可靠性已大大提高。試驗(yàn)電壓頻率應(yīng)該在10～300Hz范圍內(nèi)與工頻電壓試驗(yàn)基本等效。1、串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置的原理圖7－2所示為串聯(lián)諧振試驗(yàn)回路的原理圖，試品上電壓(7－2)當(dāng)調(diào)節(jié)電源頻率或電抗器電感使回路達(dá)到諧振條件，即時(shí)，(7－3)(7－4)式中，Q—諧振回路的品質(zhì)因數(shù)。圖7－2串聯(lián)諧振試驗(yàn)回路的原理圖C—被試品電容；L—高壓電抗器的電感；R—回路中等值電阻；Ue—電源電壓；Uc—試品上電壓串聯(lián)諧振的交流耐壓試驗(yàn)方法與常規(guī)的交流耐壓試驗(yàn)方法相比，有如下優(yōu)點(diǎn)。（1）裝置的質(zhì)量輕，所需電源容量小。所需電源容量?jī)H為工頻試驗(yàn)變壓器1／Q。品質(zhì)因數(shù)Q較高，可達(dá)50以上，電源容量只是試品無(wú)功功率的2％，整個(gè)試驗(yàn)裝置的質(zhì)量主要由高壓電抗器決定。（2）試品擊穿時(shí)所受的破壞小。由圖7－2可見(jiàn)，當(dāng)試品擊穿時(shí)，電源供給回路的電流僅為試品擊穿前回路電流的1／Q。因此通過(guò)擊穿點(diǎn)的主要是被試品電容所釋放的電荷，比常規(guī)高壓交流試驗(yàn)的破壞性要小。（3）電壓波形好。因?yàn)檎{(diào)節(jié)回路參數(shù)使其對(duì)基波諧振，所以回路阻抗對(duì)電源的諧波分量起抑制作用，使被試品上的試驗(yàn)電壓波形比較理想。2、串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)原理(1)調(diào)感式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置調(diào)感式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)原理如圖7－3所示。圖中，Cx是被試品GIS的等值電容C’x和分壓器的等值電容C之和，L是電抗器的電感量。當(dāng)調(diào)節(jié)電抗器使(7－5)時(shí)，電抗上的壓降在數(shù)值上等于電容上的壓降，即(7－6)試驗(yàn)回路電流為(7-7)

輸出變壓器T供給的電壓大小由回路品質(zhì)因數(shù)Q值確定，其值為圖7－3調(diào)感式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)原理圖TR調(diào)壓器；T輸出變壓器；L可調(diào)電抗；C1C2分壓器；(2)調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)原理如圖7-4所示，當(dāng)調(diào)節(jié)變頻柜輸出電壓頻率達(dá)到諧振條件，即(7-9)時(shí)，各參數(shù)同樣滿(mǎn)足式(7-5)～式(7-8)。圖7-4調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)原理圖T1－輸入變壓器；FC－變頻電源柜；T2－輸出變壓器；L－固定高壓電抗器；C1、C2－分壓器；C’x－被試品四、現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)程序1、被試品要求（1）GIS應(yīng)完全安裝好，SF6氣體充氣到額定密度，已完成主回路電阻測(cè)量、各元件試驗(yàn)以及SF6氣體微水含量和檢漏試驗(yàn)合格后，才能進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。（2）耐壓試驗(yàn)前，應(yīng)對(duì)試品測(cè)量絕緣電阻；（3）耐壓試驗(yàn)前，GIS上所有電流互感器的二次繞組應(yīng)短路并接地；（4）耐壓試驗(yàn)前，應(yīng)隔離高壓電纜、架空線、電力變壓器和電磁式電壓互感器（若采用調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置，且耐壓標(biāo)準(zhǔn)一樣，也可以與主回路一起做耐壓）、避雷器和保護(hù)火花間隙；（5）GIS的每一新安裝部分都應(yīng)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，同時(shí)，對(duì)擴(kuò)建部分進(jìn)行耐壓時(shí)，相鄰設(shè)備原有部分應(yīng)斷電并接地。2、試驗(yàn)電壓的加壓方法規(guī)定的試驗(yàn)電壓應(yīng)施加到每相導(dǎo)體和外殼之間，每次一相，其他相的導(dǎo)體應(yīng)與接地的外殼相連。試驗(yàn)電源可接到被試相導(dǎo)體任一部位。選定的試驗(yàn)程序應(yīng)使每個(gè)部件都至少施加一次試驗(yàn)電壓。在制定試驗(yàn)方案時(shí)，必須同時(shí)注意要盡可能減少固體絕緣的重復(fù)試驗(yàn)次數(shù)。例如，應(yīng)盡量在GIS不同部位引入試驗(yàn)電壓。如懷疑斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的斷口在運(yùn)輸、安裝過(guò)程中受到損壞或經(jīng)過(guò)解體，應(yīng)做斷口間耐壓試驗(yàn)。耐壓值與相對(duì)地交流耐壓值可取同一數(shù)值。若GIS整體電容量較大，耐壓試驗(yàn)可分段進(jìn)行。3、交流耐壓試驗(yàn)程序GIS現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)的第一階段是“老練凈化”，其目的是清除GIS內(nèi)部可能存在的導(dǎo)電微?；蚍菍?dǎo)電微粒。這些微?？赡苁怯捎诎惭b時(shí)帶入而清理不凈，或是多次操作后產(chǎn)生的金屬碎屑，或是緊固件的切削碎屑和電極表面的毛刺而形成的?！袄暇殐艋笨墒箍赡艽嬖诘膶?dǎo)電微粒移動(dòng)到低電場(chǎng)區(qū)使其不再對(duì)絕緣起危害作用?！袄暇殐艋彪妷褐祽?yīng)低于耐壓值，時(shí)間可取數(shù)分鐘到數(shù)十分鐘。第二階段是耐壓試驗(yàn)，即在“老練凈化”過(guò)程結(jié)束后進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，時(shí)間為1min。試驗(yàn)程序可選用三種，現(xiàn)場(chǎng)的具體實(shí)施方案應(yīng)與制造廠和用戶(hù)商議。4、現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)的判據(jù)(1)如果GIS的每一部件均已按選定的完整試驗(yàn)程序耐受規(guī)定的試驗(yàn)電壓而無(wú)擊穿放電，則認(rèn)為整個(gè)GIS通過(guò)試驗(yàn)。(2)在試驗(yàn)過(guò)程中如果發(fā)生擊穿放電，則應(yīng)根據(jù)放電能量和放電引起的各種聲、光、電、化學(xué)等各種效應(yīng)以及耐壓試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行的其他故障診斷技術(shù)所提供的資料進(jìn)行綜合判斷。遇有放電情況，可采取下述步驟：①進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，如果該設(shè)備還能經(jīng)受規(guī)定的試驗(yàn)電壓時(shí)，則認(rèn)為放電是自恢復(fù)放電，耐壓試驗(yàn)通過(guò)；②如果重復(fù)耐壓失敗，須將設(shè)備解體，打開(kāi)放電間隔，仔細(xì)檢查絕緣損壞情況，采取必要的修復(fù)措施，再進(jìn)行規(guī)定的耐壓試驗(yàn)。GIS局放測(cè)量:第四節(jié)SF6氣體檢測(cè)SF6氣體具有穩(wěn)定的理化性能、優(yōu)良的絕緣性能及優(yōu)異的滅弧性能，在高壓電器設(shè)備中被廣泛使用。本節(jié)介紹SF6氣體的常規(guī)檢測(cè)試驗(yàn)方法。一、SF6氣體檢漏(專(zhuān)用檢漏儀)氣體泄漏的原因主要是在密封面、焊縫和管路接頭處有裂縫或密封不嚴(yán)。對(duì)SF6氣體進(jìn)行檢漏須使用專(zhuān)用的檢漏儀，如MP30型SF6檢測(cè)儀,LF－1型檢漏儀。如果有大量SF6氣體泄漏，那么操作人員不能停留在離泄漏點(diǎn)10m以?xún)?nèi)的地點(diǎn)(本身無(wú)毒，但大量吸入?yún)s使人因缺氧而窒息)。直至采取措施泄漏停止后，方能進(jìn)入該區(qū)域。如果電器內(nèi)部發(fā)生故障，在容器內(nèi)肯定存有SF6電弧分解物，在打開(kāi)外殼進(jìn)行清除以后，若檢測(cè)中可能接觸被污染的部件，都必須使用防毒面具，并穿戴好防護(hù)工作服。為了保證進(jìn)入SF6斷路器室內(nèi)的工作人員安全，必須對(duì)室內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)，按要求，空氣中氧氣含量濃度不應(yīng)低于18％。在檢漏中，要嚴(yán)格按照產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)執(zhí)行。檢漏儀探頭不允許長(zhǎng)時(shí)間處在高濃度SF6中，但在工作中往往被忽略，探頭一旦觸及高濃度SF6氣體時(shí)，表針立即為滿(mǎn)刻度，報(bào)警強(qiáng)烈。遇到這種情況應(yīng)立即將探頭離開(kāi)并放到潔凈區(qū)，待表針恢復(fù)正常后再檢漏。GasFindIRLWTM成像儀MP30型SF6檢測(cè)儀二、SF6含水量檢測(cè)斷路器對(duì)SF6的純度及含水量都有嚴(yán)格的要求。在內(nèi)部閃絡(luò)的情況下，會(huì)生成多種SF6分解產(chǎn)物，在正常運(yùn)行中大氣中的水分也會(huì)滲入氣體絕緣設(shè)備中。在較高的氣壓下，過(guò)量的水分對(duì)氣體絕緣設(shè)備中固體絕緣件表面閃絡(luò)電壓的影響嚴(yán)重，甚至?xí)?dǎo)致內(nèi)部閃絡(luò)事故。有些活性雜質(zhì)，如HF、SO2等，對(duì)氣體絕緣設(shè)備中的各種構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用。某些垢分解產(chǎn)物還具有毒性，一旦泄漏出來(lái)會(huì)污染環(huán)境，影響工作人員的健康。過(guò)量的水分會(huì)使氣體絕緣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度下降。因此，首先應(yīng)保證充入電氣設(shè)備的SF6氣體合格，在充氣操作過(guò)程中，嚴(yán)防水分進(jìn)入氣室。我國(guó)有關(guān)規(guī)程規(guī)定，斷路器用新的SF6氣體，水分含量須≤8×10－6。運(yùn)行中斷路器內(nèi)SF6氣體的水分含量，機(jī)械特性試驗(yàn)后測(cè)量氣體的含水量不應(yīng)超過(guò)150×10－6。1、質(zhì)量法(干燥劑吸水,質(zhì)量增加)該測(cè)量方法將己測(cè)定體積的SF6氣體通入已秤質(zhì)量的高酸鎂（或五氧化二磷）作干燥劑的配衡試管中，從試管質(zhì)量的增加得到氣體中的水分含量。此種方法是絕對(duì)法，常被稱(chēng)作仲裁法，用于校驗(yàn)、校準(zhǔn)其他水分測(cè)量?jī)x器原精確度。測(cè)試環(huán)境的控制、氣體體積的計(jì)量、吸收系統(tǒng)的稱(chēng)重都極為重要。質(zhì)量法測(cè)定SF6氣體含水量的裝置示意圖見(jiàn)圖7-5。圖7-5質(zhì)量法測(cè)定SF6氣體中的含水量的裝置

2、電解法(電解電流的大小正比于氣樣中的含水量)電解法是用涂敷了磷酸的一對(duì)電極(鉑或銠)形成一個(gè)電解池，在兩極間施加一恒定的直流電壓。被測(cè)氣體的水分被吸濕劑（P2O5）吸收，并在電流作用下電解還原，釋放出氧氣和氫氣。在吸收和電解達(dá)到平衡時(shí)，就可利用電解電流與水分含量的關(guān)系(成正比)，求得氣體的含水量。這種方法是常見(jiàn)和實(shí)用的方法，測(cè)量?jī)x器可以直接讀出微水含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，操作簡(jiǎn)便穩(wěn)定，適用于連續(xù)在線分析。電解法在測(cè)量SF6氣體含水量時(shí)干擾因素少、數(shù)據(jù)重復(fù)率及準(zhǔn)確度高、操作簡(jiǎn)單，尤其在測(cè)量低含水量時(shí)更顯示出它的優(yōu)越性。但是，電解法最大的不足之處是電解池的電解效率隨使用時(shí)間的增加而降低。一般情況下，電解效率低于85％，電解池即應(yīng)停止使用。3、露點(diǎn)法（SF6氣體中含的水分越多，它的露點(diǎn)就越高，這樣就可以測(cè)出SF6氣體的含水量了）該法是測(cè)量氣體所含水分的凝露及濕度。被測(cè)氣體通過(guò)一個(gè)密封池中的金屬鏡面，用人工控制或借助光電池監(jiān)控鏡面濕度，以保持穩(wěn)定的水分凝結(jié)量。當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)溫度略低于被試品氣體中水蒸汽飽和溫度(露點(diǎn))時(shí)，水蒸汽結(jié)露。通過(guò)熱電偶測(cè)得的鏡面溫度為露點(diǎn)。由露點(diǎn)和氣體水分含量的換算公式或?qū)φ毡恚纯傻玫綒怏w中水分含量。露點(diǎn)法所用儀器比較復(fù)雜，需要液態(tài)氮作致冷劑，造價(jià)較高，體積較大。測(cè)量精度與儀器本身的質(zhì)量好壞關(guān)系很大，不便于現(xiàn)場(chǎng)使用。三、氣體純度檢測(cè)運(yùn)行中SF6電氣設(shè)備的氣體純度控制是非常重要的。氣體純度的高低對(duì)電氣設(shè)備的滅弧性能、絕緣強(qiáng)度以及電氣設(shè)備的壽命影響很大。常用的SF6氣體純度檢測(cè)方法有氣相色譜儀法和氣相色譜－質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用分析。目前已經(jīng)有各式各樣的SF6氣體純度測(cè)試儀.拓普公司的TPCDC便攜式SF6氣體純度測(cè)試儀主要用于測(cè)量SF6氣體、SF6/N2混合氣體的SF6氣體純度，檢查SF6設(shè)備(電纜，開(kāi)關(guān))中的SF6氣體純度。探測(cè)組件可快速準(zhǔn)確地測(cè)出SF6純度。1、氣相色譜儀法(通過(guò)色譜柱來(lái)分離)氣相色譜儀分析的基本原理是利用樣品中各種物質(zhì)的分子對(duì)某種固體物質(zhì)（色譜技術(shù)上稱(chēng)為固定相）的吸附和解吸能力上的差異，當(dāng)氣體樣品在某種不活性氣體物質(zhì)（色譜技術(shù)上稱(chēng)為流動(dòng)相或載氣）的載帶下通過(guò)固定相時(shí)，其中的各組分即會(huì)以不同的速度和時(shí)間（色譜技術(shù)上稱(chēng)為保留時(shí)間）離開(kāi)固定相。利用不同的信號(hào)轉(zhuǎn)換方法將其分別檢出，并記錄在色譜圖上。根據(jù)保留時(shí)間的不同可對(duì)各組分進(jìn)行定性確認(rèn)，根據(jù)譜圖上代表各組分的譜峰高度和面積可進(jìn)行定量分析。對(duì)SF6氣體進(jìn)行氣體純度檢測(cè)時(shí)，所采用的氣相色譜儀通常帶有Porapak-Q(一種以乙基苯乙稀和對(duì)-二乙烯苯為主體的共聚物，黃色粉末)填充柱和熱導(dǎo)檢測(cè)器。采用制備已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品來(lái)取得定量分析結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)氣相色譜儀的靈敏度大約為：氟化亞硫酰

SOF2，50ppmV；氟化硫酰SO2F2，50ppmV。表7-1列舉了幾種常見(jiàn)氣體的相對(duì)保留時(shí)間。SF4和SOF2的保留時(shí)間大致相等，因此色譜技術(shù)難于鑒別這兩種氣體。(1ppm是指百萬(wàn)分之一的意思。v是指體積。ppmv即一百萬(wàn)體積中含1體積。相當(dāng)于在1立方米氣體中含氣體1毫升。)表7-1

氣相色譜的保留時(shí)間和檢測(cè)極限色譜柱Proapak-Q溫度100℃長(zhǎng)度3m載氣氦氣直徑0.97cm流量60ml/min氣體組分保留時(shí)間（min）檢出極限（體積％）空氣2.610－3CF43.110－3CO24.62×10－3SF65.73×10－3SO2F27.63×10－3SOF48.23×10－3SOF211.23×10－3SF411.23×10－3HF16.53×10－3SO224.54×10－3S2F10605×10－32、氣相色譜－質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用分析(先經(jīng)色譜分離,然后電離,再用質(zhì)譜儀檢出質(zhì)荷比)色譜－質(zhì)譜聯(lián)用分析是將氣體樣品先經(jīng)色譜分離，然后由質(zhì)譜鑒定，從而大大提高了分析檢測(cè)的靈敏度。質(zhì)譜分析的基本原理是，將被分析的物質(zhì)用一定方式電離形成多種特定組成的離子，再將其引出聚焦成離子束，經(jīng)加速后通過(guò)電場(chǎng)或（和）磁場(chǎng)，由于各種離子的質(zhì)荷比（帶電粒子的質(zhì)量與所帶電荷之比值,M/e）不同，而被分別檢出。然后通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)照或按照離子組成特點(diǎn)進(jìn)行譜圖解析，以達(dá)到定性或定量分析的目的。質(zhì)譜分析法具有精確可靠、靈敏度高、多用途等優(yōu)點(diǎn)。氣相色譜法(Gaschromatography,GC);質(zhì)譜massspecrum(MS)GC-MS的一般組成結(jié)構(gòu)圖如圖7-6所示。采用氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用分析能夠檢出大約1ppmV的SOF2、四氟化硫酰SOF4、CF4和其它不常見(jiàn)的氣體分解產(chǎn)物如氧硫化碳COS、二氟二甲基硅Si(CH3)2F2。圖7-6GC－MS組成方塊圖

第五節(jié)GIS的異常及故障分析一、GIS常見(jiàn)故障GIS設(shè)備運(yùn)行可靠性高、維護(hù)工作量小、檢修周期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)已體現(xiàn)出來(lái)。但也先后出現(xiàn)過(guò)一些故障，主要表現(xiàn)在以下幾方面：1、SF6氣體泄露這類(lèi)故障通常發(fā)生在組合電器的密封面、焊接點(diǎn)和管路接頭處。主要原因是由于密封墊老化，或者焊縫出現(xiàn)砂眼引起。每年因此需要對(duì)GIS補(bǔ)充大量的SF6氣體來(lái)保證正常工作壓力。這類(lèi)故障比較普遍。2、SF6氣體微水超標(biāo)運(yùn)行時(shí)斷路器氣室SF6氣體微水量要<=300*10-6(ppm=10-6),其他氣室<=500*10-6。SF6氣體含水量太高引起的故障易造成絕緣子或其他絕緣件閃絡(luò)。微水超標(biāo)的主要原因是通過(guò)密封件泄露滲入的水份進(jìn)入到SF6氣體中。經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，氣體中含水量持續(xù)上升無(wú)疑是外部水蒸汽向設(shè)備內(nèi)部滲透的結(jié)果。水分子呈V型結(jié)構(gòu)，其等效分子直徑為SF6分子的0.7倍，因此水的滲透力極強(qiáng)，而且大氣中水蒸汽分壓力通常為設(shè)備中水份分壓力的幾十倍，甚至幾百倍。在這一壓力作用下，大氣中的水份會(huì)逐漸透過(guò)密封件進(jìn)入氣體絕緣設(shè)備。3、開(kāi)關(guān)故障斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、隔離開(kāi)關(guān)或接地開(kāi)關(guān)等元件的氣體擊穿。還有動(dòng)、靜觸頭在合閘時(shí)偏移，引起接觸不良。4、GIS內(nèi)部放電由于制造工藝等原因，在GIS內(nèi)部某些部件處于懸浮電位，導(dǎo)致電場(chǎng)強(qiáng)度局部升高，進(jìn)而產(chǎn)生電暈放電，GIS中金屬雜質(zhì)和絕緣子中氣泡的存在都會(huì)導(dǎo)致電暈放電或局部放電的產(chǎn)生。5、液壓機(jī)構(gòu)出現(xiàn)滲漏油或打壓頻繁等故障出現(xiàn)這類(lèi)故障大多是由于液壓機(jī)構(gòu)密封圈老化，或安裝位置偏移、或儲(chǔ)壓筒漏氮等原因引起。這類(lèi)故障在GIS中比較普遍。二、傳統(tǒng)診斷方法傳統(tǒng)的診斷方法利用物理和化學(xué)的原理和手段，通過(guò)伴隨故障出現(xiàn)的各種物理和化學(xué)現(xiàn)象，直接檢測(cè)故障例如利用振動(dòng)、聲、光、熱、電、磁、射線、化學(xué)等多種手段，觀測(cè)其變化規(guī)律和特征，用以直接檢測(cè)和診斷故障。這種方法形象、快捷、十分有效，但只能檢測(cè)部分故障。1、機(jī)械振動(dòng)法(在設(shè)備外壁安裝加速度測(cè)量?jī)x檢測(cè)局部放電)利用機(jī)械振動(dòng)法檢測(cè)局部放電，是一種不停電的監(jiān)測(cè)技術(shù)。其基本原理是一旦有局部放電發(fā)生，就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，在設(shè)備外壁安裝加速度測(cè)量?jī)x很容易檢測(cè)出來(lái)。因此，檢測(cè)局部放電可以從探測(cè)外殼上的機(jī)械振動(dòng)入手。氣體局部放電會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)波，經(jīng)過(guò)傳遞后會(huì)在金屬外殼上引起輕微振動(dòng)，采用敏感度高的加速度傳感器有可能探測(cè)出這種信號(hào)，但設(shè)備操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作及運(yùn)行中的噪聲會(huì)影響對(duì)局部放電的監(jiān)測(cè)。區(qū)別局放信號(hào)與干擾信號(hào)的方法有用帶通濾波器除去設(shè)備自身的振動(dòng)信號(hào)和周?chē)蓴_信號(hào)的低頻成分，以及電氣干擾信號(hào)的高頻成分；進(jìn)行輸入信號(hào)的基準(zhǔn)值判斷，將某一定數(shù)值以上的信號(hào)作為干擾信號(hào)除去；進(jìn)行與試驗(yàn)電源同期的脈沖調(diào)制，對(duì)波形的絕對(duì)值進(jìn)行平均化處理調(diào)整其周期性，局放信號(hào)具有明顯周期性，而干擾信號(hào)波形是無(wú)周期的，以此將二者區(qū)分開(kāi)。2、檢測(cè)管檢測(cè)法(色譜分析)SF6氣體經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行或內(nèi)部放電會(huì)分解出SF4、SOF2、HF、SO2等氣體，對(duì)這些成分的監(jiān)測(cè)，可以診斷出設(shè)備是否有放電發(fā)生，或是監(jiān)測(cè)原理類(lèi)似于變壓器油的色譜分析對(duì)運(yùn)行中氣體組分進(jìn)行檢測(cè)，有助于了解運(yùn)行中的運(yùn)行狀態(tài)和可能潛伏的故障。其工作原理是：通過(guò)檢測(cè)裝置從高壓電氣設(shè)備中提取一定體積的SF6氣體，分別通過(guò)SO2、HF檢測(cè)管，這些分解產(chǎn)物會(huì)在檢測(cè)管中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)改變顏色，可根據(jù)變色柱的長(zhǎng)度，讀出SF6氣體中的SO2、HF的濃度。3、超聲波檢測(cè)法(在設(shè)備外壁安裝壓電元件,接收超聲波,檢測(cè)局部放電)工作原理是：當(dāng)電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，在放電處產(chǎn)生超聲波向四周傳播，一直達(dá)到電氣設(shè)備容器的表面。在設(shè)備外壁裝上壓電元件，在超聲波作用下，壓電元件兩個(gè)端面上產(chǎn)生交變的束縛電荷，引起端部金屬電極上電荷變化或在外回路上產(chǎn)生交變電流。因此，可以檢測(cè)此電信號(hào)來(lái)判斷設(shè)備內(nèi)部是否發(fā)生局放。