劉俊

摘要：當前電力行業(yè)正處于快速發(fā)展階段，為了更好地保障電力系統(tǒng)運行的可靠性與穩(wěn)定性，對電力設備安全性的要求也越來越高。GIS（SF6作為絕緣介質(zhì)的氣體絕緣金屬封閉式開關設備），將變電站中除了變壓器之外的電氣設備進行一體化融合，和常規(guī)的變電站相比結構更緊湊，占地面積小，同時也減輕了對外界環(huán)境的負面影響，可實現(xiàn)更高性能、更長檢修周期以及更高經(jīng)濟效益的運行。對于GIS設備，安全性檢測至關重要。

關鍵詞：GIS;設備缺陷;帶電檢測技術

一、GIS設備

GIS是將以往變電站中除了變壓器以外的設備，如隔離開關、接地開關、斷路器、電流互感器、電壓互感器、避雷器、母線以及出線套管等全部封裝到接地的金屬外殼當中，殼內(nèi)主要以0.3～0.4MPa的SF6氣體作為絕緣與滅弧的介質(zhì)，GIS在城市電網(wǎng)中的應用比較廣泛，目前國外建設的GIS與常規(guī)變電站之比約為1∶6。GIS的安全運行對整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著決定性影響，發(fā)生任何故障都有可能導致局部甚至整個地區(qū)停電。GIS為大型封閉性結構，停電檢修不僅需要投入大量的人力資源、物力資源，還需要較高的維修成本與較長的維修時間。因此，在GIS發(fā)生故障之前準確地發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的缺陷并及時處理非常重要。當前對于GIS的檢測與試驗方式非常多，例如出廠之前的檢驗、安裝之后的試驗以及運行之后的檢驗、氣體實驗等。GIS投入運行之前的檢驗方式比較成熟，但是投入使用之后的檢驗技術并不成熟，仍然存在改進空間。缺陷屬于GIS內(nèi)部絕緣遭受損害的主要預先性因素，發(fā)生的原因主要有：澆筑的絕緣內(nèi)部存在雜質(zhì)或空洞;絕緣表面或金屬表面存在突起或尖端;安裝不規(guī)范或開關分合效果較差導致顆粒狀或絲狀的金屬微粒存在，附著在絕緣表面，金屬微粒在電力影響下不斷跳躍從而造成缺陷;金屬屏蔽的固定位置接觸不良;觸頭接觸不良導致缺陷。缺陷對于GIS設備而言屬于高度危險因素，一旦發(fā)生輕微的放電，如果不及時排查問題會導致嚴重的絕緣問題，從而引發(fā)嚴重后果。因此，GIS設備缺陷帶電檢測技術的應用非常重要。

二、GIS設備缺陷帶電檢測技術

帶電檢測技術可以在不停電的情況下實現(xiàn)對GIS設備的檢測，并可對缺陷精確定位，在明確損壞程度的同時，及時發(fā)出預警，幫助工作人員及時進行檢修，以維持電力系統(tǒng)的正常運行。帶電檢測技術的種類很多，可根據(jù)不同的缺陷選擇，針對性地進行精準定位。GIS具有占地面積小、設備配置靈活、維修度相對較低以及安全性較高等優(yōu)勢。但是安裝期間或使用過程中可能會存在的一定缺陷或出現(xiàn)氣體介質(zhì)泄漏問題，導致絕緣強度下降，從而造成安全事故。GIS設備缺陷，會在外殼形成一定的電流，從而使接地線上存在高頻放電脈沖。局部放電還會導致氣體壓力快速上升，在GIS設備中形成縱波與超聲波。從近年來國內(nèi)外的研究來看，GIS設備的缺陷檢測主要有以下幾種方式。

2.1化學法

在GIS設備中，在電弧放電影響下，部分SF6氣體會出現(xiàn)分解現(xiàn)象，主要的降解物是SOF2與SO2F2。根據(jù)這兩種分解物的濃度差異，可以直接準確地判斷GSI設備內(nèi)部是否放電以及嚴重程度。這種方法的優(yōu)勢在于檢測結果不會受外界電磁影響。雖然化學法可以實現(xiàn)對局部放電情況的檢測，但也存在一定的不足之處，例如短脈沖放電無法形成足夠的分解物，導致判斷結果不準確，SF6氣體泄漏會影響檢測的結果。

2.2超聲波法

GIS設備內(nèi)部缺陷會造成一定的聲波，主要是橫波、縱波及表面波。在腔體外壁傳播的聲波除了縱波外，還包括橫波，利用超聲波傳感器接收缺陷所形成的振動信號，也可實現(xiàn)對GIS設備內(nèi)部缺陷的檢測，因為缺陷的聲波與金屬撞擊會呈現(xiàn)出不同的機械頻率。超聲波法的優(yōu)勢是檢測結果不會受電氣因素的影響，但是不足之處在于現(xiàn)場存在許多其他聲源，檢測精度可靠性比較低。

2.3紅外成像檢測技術

任何物體因為自身的分子運動表現(xiàn)，會持續(xù)性地向外界輻射紅外熱能，在物體表面會形成帶有一定溫度的場環(huán)境，即熱像。紅外檢測技術的原理是對設備表面的紅外輻射能量進行檢測分析，以實現(xiàn)對設備故障的判斷，并可以準確判斷出哪一個設備發(fā)生了故障。

2.4特高頻檢測法

GIS設備運行過程中內(nèi)部充滿高壓SF6氣體，其絕緣強度與擊穿強度都比較高，在缺陷存在小范圍內(nèi)時，氣體擊穿的過程會相當快，從而形成比較陡的脈沖電流。在對信號頻譜進行分析時，會發(fā)現(xiàn)頻率可以高達吉赫茲級，同時脈沖會向四周輻射出特高頻率的電磁波，通過GIS設備腔體結構同軸結構進行傳播，利用同軸波導原理可以實現(xiàn)特高頻信號的檢測。GIS設備中波導壁屬于非理想性的導體，電磁波在GIS設備傳播過程中會出現(xiàn)功率衰減，電磁波的振幅會隨著傳播方向逐漸減小，從而形成波的衰減。此衰減量相對于信號在絕緣子位置因反射所導致的能量損耗更低，有研究發(fā)現(xiàn)，1GHz電磁波在直徑0.5m的GIS設備中傳播衰竭只有5db/km，所以在波導理論中可以不考慮衰減問題。

GIS特高頻檢測中主要存在以下干擾形式：移動通信和雷達等無線電;變電站架空線上尖端放電;變電站高電壓環(huán)境中存在的浮電位體放電;照明、風機等電氣設備中存在的電氣接觸不良產(chǎn)生的放電;開關操作產(chǎn)生的短時放電。干擾的抑制方法主要有：濾波，對于變電站中常見的電暈放電干擾（主要是200MHz以下頻段）和移動通信等確定頻段的干擾信號，可以通過濾波的方法進行有效制;屏蔽，干擾信號主要來自于GIS外部，對盤式絕緣子法蘭進行屏蔽可減輕對內(nèi)置傳感器的干擾，對于外置式傳感器也需要增加盆式絕緣子非耦合區(qū)域的屏蔽，以減小外部干擾的影響。

實踐經(jīng)驗表明，特高頻檢測具有檢測靈敏高和抗干擾能力強的特點，適用于發(fā)電廠和變電站現(xiàn)場條件下的GIS局部放電測量。在幾種GIS設備缺陷帶電檢測技術中，特高頻檢測方式優(yōu)勢突出，但也存在一定的缺陷和技術性問題：國外常會在GIS出廠之前將特高頻傳感器放置在設備內(nèi)部，檢測效果比較理想，可以應用在長期檢測項目中，但國內(nèi)大多數(shù)廠家都不具備此條件，一般會將特高頻傳感器放在盆式絕緣子上進行缺陷檢測，在不具備良好屏蔽措施的條件下，檢測結果會受到外界影響，同時也不利于長期性、固定性的檢測;缺陷存在的位置不同，放電類型和放電量也存在差異，是否可以通過特高頻方式實現(xiàn)對內(nèi)部放電形式的準確判斷是關鍵的問題;有許多研究發(fā)現(xiàn)，特高頻方式當前并不能明確GIS設備內(nèi)部的放電量情況，而放電量是設備絕緣損壞程度是否嚴重的主要標準，該問題有待解決。

三、結語

在GIS設備運行過程中，必須高度重視帶電檢測系統(tǒng)的應用，及時識別放電類型以及可能導致的故障問題，準確判斷故障部位，以及時進行預防，從而提高GIS設備的可靠性。

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