趙宏

摘要：針對氣體絕緣金屬全封閉開關(guān)設(shè)備（gasinsulatedswitchgear，GIS）故障頻發(fā)問題，提出一種基于振動特征估計的 GIS設(shè)備故障檢測與分析方法;首先，提取 GIS設(shè)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(tǒng)的狀態(tài)空間模型;然后，采用粒子濾波算法對 GIS設(shè)備振動特征進(jìn)行估計。同時，將特征估計值與實(shí)際測量值之間殘差的絕對值作為設(shè)備故障檢測指標(biāo)，結(jié)合自適應(yīng)閾值方法來檢測故障;昀后，依據(jù)振動特征殘差的變化趨勢實(shí)現(xiàn)機(jī)械故障與放電故障的隔離。對多組變電站現(xiàn)場 GIS設(shè)備不同故障前、后實(shí)測振動數(shù)據(jù)的仿真分析發(fā)現(xiàn)，通過振動特征估計不僅可以準(zhǔn)確檢測設(shè)備故障，而且可以有效隔離設(shè)備機(jī)械故障與放電故障。

關(guān)鍵詞：GIS設(shè)備;振動特征;粒子濾波;自回歸模型;自適應(yīng)閾值;故障檢測與分析

引言

隨著電力系統(tǒng)容量的不斷增加，江西省超高壓電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，斷路器在變電站的安全生產(chǎn)運(yùn)行中發(fā)揮著不可替代的重要作用[1]。本文結(jié)合一起某 500kV變電站 220kV母聯(lián) GIS斷路器（型號ZF11-252L）拒分故障的分析與處理，使得當(dāng)該類型斷路器發(fā)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(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

1GIS設(shè)備運(yùn)行管理概況

GIS設(shè)備運(yùn)行管理中，SF6氣體壓力屬于關(guān)鍵的構(gòu)成，為了提升其絕緣成效，應(yīng)該嚴(yán)格的將氣體壓力控制在標(biāo)準(zhǔn)值范圍中，如果 SF6氣體過量導(dǎo)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(wǎng)運(yùn)行。不同廠家設(shè)定的 GIS設(shè)備的氣壓值各具差異，需要技術(shù)人員檢查期間，遵循廠家壓力值標(biāo)準(zhǔn)合理的設(shè)置。

GIS設(shè)備檢查、驗收環(huán)節(jié)，要進(jìn)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(jié)安裝是否滿足規(guī)定、氣體壓力是否達(dá)標(biāo)、液壓機(jī)構(gòu)油位狀態(tài)是否符合規(guī)定等。GIS設(shè)備的巡視維護(hù)，也要細(xì)致的檢查好設(shè)備的各項儀表、外觀狀態(tài)，以及了解到運(yùn)行環(huán)境，儀表計量設(shè)備、加熱器使用情況、帶電顯示器指示狀態(tài)、斷路器指示動作等，都是巡檢的重點(diǎn)。能夠確保 GIS設(shè)備的正常運(yùn)行的重要手段巡視維護(hù)。這個時候，應(yīng)該要進(jìn)行檢查的是設(shè)備的各種儀表、運(yùn)行環(huán)境、外觀等地方進(jìn)行細(xì)致的檢查，做到完善的維護(hù)和運(yùn)行。對儀表進(jìn)行檢查，認(rèn)真合規(guī)檢查對應(yīng)接地開關(guān)、斷路器等設(shè)備位置指示是否工作正常;加熱器的使用是否符合使用規(guī)范;斷路器和帶電顯示器的運(yùn)行狀態(tài)是否正常等。在進(jìn)行外觀檢查的期間，主要檢查 GIS的防護(hù)門是否處在密封狀態(tài)，閥門是否出現(xiàn)破損，通過儀器檢查有沒有出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。環(huán)在運(yùn)行境進(jìn)行檢查期間，要對設(shè)備的聚源氣體進(jìn)行環(huán)境的檢查，準(zhǔn)確地測量設(shè)備的聚源氣體 SF6的含量，保證氣體含量維持在合理數(shù)值范圍內(nèi)，檢查設(shè)備周圍環(huán)境是否存在潮濕和污染的情況等。為了更好地對事故進(jìn)行避免，維修人員應(yīng)當(dāng)按時對設(shè)備進(jìn)行巡檢。GIS設(shè)備是全封閉的狀態(tài)，一旦設(shè)備出現(xiàn)問題，將會造成維修的困難，而且還會引起其他相關(guān)設(shè)備的故障。雖然設(shè)備故障的情況較少，但是還是會出現(xiàn)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(shè)備的按時巡檢非常重要。

GIS設(shè)備資料的管理尤為關(guān)鍵，可以保障對現(xiàn)場工作時的運(yùn)行規(guī)程準(zhǔn)確的編制，以及輔助整理設(shè)備臺賬。展開資料管理，要統(tǒng)計 GIS設(shè)備的基本數(shù)據(jù)資料，同時歸納設(shè)計圖紙、廠家的說明書以及合格證書等內(nèi)容，提供給后期的設(shè)備維修重要指導(dǎo)。管理 GIS的設(shè)備資料，不僅能更加快速整理設(shè)備臺賬是，同時能夠更具體有效地管理在現(xiàn)場工作地進(jìn)行。管理相關(guān)資料，對 GIS設(shè)備的基本數(shù)據(jù)資料進(jìn)行詳細(xì)地統(tǒng)計，相關(guān)的設(shè)計圖紙、合格證、廠家的說明材料等進(jìn)行一定歸納，此類具體工作都為后期設(shè)備運(yùn)行維修提供強(qiáng)有力地支撐。

2氣室漏氣

SF6氣體泄漏造成GIS氣室內(nèi)的氣體壓力下降，大大降低氣體絕緣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度，又極大地降低GIS組合電器滅弧室的滅弧能力。當(dāng)SF6氣體嚴(yán)重泄漏時會造成斷路器閉鎖，從而發(fā)生斷路器不能正常操作，SF6設(shè)備發(fā)生內(nèi)部絕緣擊穿等重大事故。某核電廠開關(guān)站發(fā)生多起不同類型的漏氣缺陷，總結(jié)概括為：法蘭面螺栓未緊固到位、密封墊圈失效、設(shè)備沙眼、機(jī)構(gòu)軸封進(jìn)水銹蝕等。造成這些漏氣的主要原因為產(chǎn)品質(zhì)量欠佳、不遵守安裝施工工藝以及運(yùn)行環(huán)境溫差等。一般現(xiàn)場發(fā)生氣室泄漏時，第一時間要判斷漏點(diǎn)所在、泄漏類型，然后再進(jìn)行相應(yīng)的處理。傳統(tǒng)漏點(diǎn)判斷方法為包扎檢漏，該方法對于室內(nèi)GIS設(shè)備漏點(diǎn)判斷非常有效，但是對于戶外或是GIS高位設(shè)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(jiān)測，正在流傳。即利用鹵素紅外成像儀對設(shè)備漏點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。該儀器不僅能清晰地拍出漏點(diǎn)所在，同時對于漏點(diǎn)泄露的速率也能比較直觀地反映出來。一般漏點(diǎn)位置判斷準(zhǔn)確后，需進(jìn)一步核實(shí)漏點(diǎn)的大小，即泄露速率。目前GIS設(shè)備大多配置SF6在線監(jiān)測裝置，該裝置對于氣室壓力的監(jiān)測較為準(zhǔn)確。因此在發(fā)生氣室漏氣時，可通過調(diào)取SF6在線監(jiān)測裝置的壓力曲線來判斷氣室漏氣速率，從而為設(shè)備運(yùn)行決策及后續(xù)消卻方案提供過程依據(jù)。

3GIS機(jī)械故障振動檢測技術(shù)

GIS的監(jiān)測技術(shù)大致經(jīng)歷了周期性在線監(jiān)測和長期在線監(jiān)測的發(fā)展過程。所謂設(shè)備在線監(jiān)測，就是說通過不間斷的監(jiān)測運(yùn)行設(shè)備的實(shí)時狀態(tài)，將采集到的信號量進(jìn)行處理比較，提取需要的信息，通過對信號識別來判斷設(shè)備的狀態(tài)、設(shè)備故障和異常部位、原因和程度、預(yù)測設(shè)備故障或異常可能發(fā)生的速度和后果，定出維修計劃和項目。GIS在線監(jiān)測的目的是通過監(jiān)測 GIS本體運(yùn)行狀態(tài)以及輔助設(shè)備和控制功能的狀態(tài)，提升狀態(tài)檢修效率，降低電力設(shè)備運(yùn)行故障率，提高設(shè)備的使用壽命以及設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。以 GIS機(jī)械觸頭接觸不良導(dǎo)致的振動為例進(jìn)行分析：

3.1試驗設(shè)備及接線

利用一臺 252kV帶有隔離開關(guān)的 GIS進(jìn)行機(jī)械故障振動檢測仿真實(shí)驗。實(shí)驗中電流源采用 FCG-3000/5數(shù)字式大電流發(fā)生器，該發(fā)生器采用數(shù)控技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，采用低功耗、大容量的自耦線圈和高導(dǎo)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(fā)生器昀高輸出電流可達(dá) 3000A。本次試驗需加壓到1000A左右。試驗電壓可調(diào)，面板自帶數(shù)顯電流表。

3.2回路電阻

進(jìn)行安裝 GIS設(shè)備期間，不能對于安裝以后的設(shè)備回路電阻值進(jìn)行明確，所以安裝結(jié)束后，容易產(chǎn)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(dǎo)電桿有無在居中狀態(tài)，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(dǎo)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(guān)形成黑點(diǎn)的現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)較大的回路電阻。產(chǎn)生黑點(diǎn)主要就是因為廠家沒有抽真空，不夠純度的 N2遇水出現(xiàn)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(fù)正常狀態(tài)。

結(jié)語

如何讓 GIS設(shè)備的運(yùn)行發(fā)揮出可靠性高、工作量少、檢修周期長的特點(diǎn)，這需要各個方面的密切配合。只有從產(chǎn)品制造、施工管理和驗收等環(huán)節(jié)抓起，再加上后期的認(rèn)真維護(hù)，就會把設(shè)備的優(yōu)勢昀大化。這些年來，出現(xiàn)過很多 GIS設(shè)備出現(xiàn)問題導(dǎo)致電網(wǎng)事故，出現(xiàn)的原因很多都是因為選擇的材料不好、制作工藝不精細(xì)、沒有認(rèn)真的管理、產(chǎn)品售后不認(rèn)真、運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)?shù)?。這些問題都是值得我們注意的。

對變電站 GIS設(shè)備運(yùn)維管理工作不斷加強(qiáng)，屬于確保電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵性途徑。同時需要工作人員全面的掌握住 GIS設(shè)備特點(diǎn)，注意總結(jié)歷史問題，針對性的處理關(guān)鍵問題，一方面促進(jìn)設(shè)備使用的穩(wěn)定性提升，另一方面也可以提升運(yùn)維人員的工作效率。

參考文獻(xiàn)

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

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