馮菁敏

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東日照 276800）

1 GIS簡介

1.1 設(shè)備簡介

SF6氣體絕緣封閉開關(guān)設(shè)備（Gas Isolated Switchgear，GIS）具有運(yùn)行安全可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、不受環(huán)境干擾及安裝方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來獲得廣泛應(yīng)用，同時(shí)其安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說至關(guān)重要。但GIS也有其固有缺點(diǎn)，GIS是全封閉結(jié)構(gòu)，其斷路器、互感器、隔離開關(guān)、母線、連接件及出線終端等全部封閉在金屬接地的外殼中，在封閉的金屬殼體內(nèi)充有一定壓力的SF6氣體作為絕緣介質(zhì)，這就導(dǎo)致一旦GIS設(shè)備出現(xiàn)隱患或故障，其隱患排查、故障定位及檢修較為困難，且事故發(fā)生后平均停電檢修時(shí)間比非密閉式結(jié)構(gòu)設(shè)備長，停電范圍大，常涉及到許多非故障元件。

1.2 SF6氣體簡介

SF6是一種無機(jī)化合物，正常情況即常溫常壓下為無毒、無色、無臭且不燃燒的穩(wěn)定氣體，少量的SF6氣體被視為對(duì)人體無害，但當(dāng)其達(dá)到一定濃度后，會(huì)造成缺氧，出現(xiàn)窒息的風(fēng)險(xiǎn)。

SF6氣體的電氣絕緣強(qiáng)度很高，在均勻電場(chǎng)中約為空氣絕緣強(qiáng)度的2.5倍，而在交流電弧電流過零時(shí)，SF6對(duì)電弧弧道的冷卻作用比空氣強(qiáng)得多，其滅弧能力約為空氣的100倍。

由于其優(yōu)良的滅弧性能、絕緣性能及良好的化學(xué)穩(wěn)定性，20世紀(jì)60年代中期以來，SF6氣體被廣泛應(yīng)用于高壓電氣設(shè)備，例如，高壓斷路器、GIS等。近年來，隨著電氣技術(shù)的不斷發(fā)展，SF6氣體作為滅弧介質(zhì)，在超高壓及特高壓斷路器中，已逐漸取代油及壓縮空氣，成為主要的絕緣介質(zhì)。

2 GIS設(shè)備隱患排查步驟

由于GIS隱患十分隱蔽，通常無法直接觀察到隱患發(fā)生的部位及隱患類型，排查隱患時(shí)間較長。要想縮短隱患排查時(shí)間，必須合理優(yōu)化處理過程，綜合利用多種檢測(cè)方法，形成有效的GIS隱患排查步驟，做到在GIS發(fā)生隱患之后在最短時(shí)間內(nèi)，確定隱患原因、隱患?xì)馐壹半[患嚴(yán)重程度等信息，提高設(shè)備的檢修效率。根據(jù)日常的運(yùn)維檢修經(jīng)驗(yàn)，在保護(hù)未動(dòng)作情況下，GIS隱患排查步驟如下。

（1）檢查GIS一次設(shè)備外觀。GIS存在隱患時(shí)，由于GIS全封閉結(jié)構(gòu)使得隱患較為隱蔽，設(shè)備外殼溫度和形狀通常都不會(huì)發(fā)生變化。

（2）對(duì)可能的隱患?xì)馐疫M(jìn)行SF6氣體組分試驗(yàn)。找出SF6氣體組分超標(biāo)的氣室，并根據(jù)不同隱患?xì)怏w組分含量的不同，初步判斷隱患類型，確定隱患?xì)馐摇?/p>

（3）分段對(duì)出現(xiàn)隱患的母線進(jìn)行回路電阻測(cè)試，確定隱患?xì)馐?，為下一步的解體檢查確定方向。

（4）解體檢查。確定隱患?xì)馐抑?，為進(jìn)一步確定隱患點(diǎn)和隱患類型，需要對(duì)隱患?xì)馐疫M(jìn)行解體檢查。明確隱患原因之后，可以安排對(duì)隱患?xì)馐一螂[患點(diǎn)進(jìn)行更換以及返廠大修。

3 回路電阻試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

回路電阻試驗(yàn)是GIS出廠交接、檢修驗(yàn)收及日常維護(hù)中一個(gè)非常重要的項(xiàng)目。由于GIS設(shè)備的特殊性及密閉性，日常點(diǎn)檢維護(hù)中，作業(yè)人員無法直接通過觀察設(shè)備外觀判斷是否發(fā)生隱患，甚至使用專業(yè)紅外測(cè)溫儀也難以進(jìn)行檢測(cè)。

回路電阻試驗(yàn)的目的是檢查GIS安裝質(zhì)量是否合格，回路是否完整，觸頭接觸情況是否良好。同時(shí)試驗(yàn)還可發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備在運(yùn)行中由于機(jī)械松動(dòng)等原因產(chǎn)生的接觸不良缺陷，避免因接觸不良而導(dǎo)致事故，該試驗(yàn)是保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。

3.2 原理

回路電阻試驗(yàn)的基本原理是歐姆定律，通常采用四線制接線即電流電壓測(cè)量方法。這種測(cè)量方法也可在大電流（100A及以上）工作條件下消除測(cè)量引線電阻的影響，提高測(cè)量的精度。

回路電阻試驗(yàn)一般由高頻開關(guān)電源輸出100A或更大的電流，將測(cè)試電流施加于被測(cè)設(shè)備的兩端。由于GIS設(shè)備接地開關(guān)的接地側(cè)及外殼一般是絕緣的，通過活動(dòng)接地片或軟連接將GIS金屬外殼接地，因此在GIS設(shè)備回路電阻試驗(yàn)中，通常將活動(dòng)接地片或軟連接打開，利用回路上的兩組接地開關(guān)進(jìn)行回路的測(cè)量。將采樣電路采集到的壓降模擬信號(hào)，經(jīng)過前置放大器放大后，由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)微處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、運(yùn)算及處理，最終得到回路電阻值。

3.3 注意事項(xiàng)

（1）測(cè)量時(shí)應(yīng)注意避免引線和接觸方式的影響，應(yīng)注意測(cè)量電壓的導(dǎo)線要接在被測(cè)回路電阻兩端，測(cè)量電流的導(dǎo)線應(yīng)接在電壓線外側(cè)，接線良好。

（2）如測(cè)試結(jié)果GIS主回路電阻增大或超過標(biāo)準(zhǔn)值，可將GIS中的斷路器及隔離開關(guān)進(jìn)行數(shù)次電動(dòng)合閘后再進(jìn)行測(cè)試。若測(cè)試值仍很大，則應(yīng)分段測(cè)試（根據(jù)情況可利用GIS的活動(dòng)接地片、隔離開關(guān)、斷路器等的分合狀態(tài)進(jìn)行分段測(cè)試），以確定接觸不良的部位，并通知安裝或檢修人員進(jìn)行處理。

（3）在測(cè)量回路中若有CT（電流互感器）串入，應(yīng)將CT二次進(jìn)行短路，防止保護(hù)誤動(dòng)。

（4）測(cè)試時(shí)，電流測(cè)量回路嚴(yán)禁開路，開關(guān)不能分閘。

（5）GIS回路電阻試驗(yàn)需注意防止產(chǎn)生測(cè)試電流的分流情況，特別是在運(yùn)行設(shè)備停電時(shí)進(jìn)行回路電阻測(cè)量。例如，一些與測(cè)量無關(guān)的刀閘、開關(guān)在沒有分開的情況下與母線等設(shè)備構(gòu)成測(cè)試電流的分支回路，以及被測(cè)試設(shè)備上固定的接地線或接地刀閘的引出端對(duì)地絕緣不良等原因，會(huì)造成測(cè)試電流通過大地產(chǎn)生分支回路。

3.4 試驗(yàn)步驟

（1）用GIS內(nèi)部隔離開關(guān)將被測(cè)部位進(jìn)行隔離，用接地開關(guān)將GIS被測(cè)部位接地放電。

（2）將要測(cè)試的GIS斷路器及隔離開關(guān)電動(dòng)合閘?？衫眠M(jìn)出線套管注入電流進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)被測(cè)GIS的結(jié)構(gòu)，在母線較長并且有多路出線的情況下，應(yīng)盡可能分段測(cè)量，以有效找到缺陷部位。

（3）目前生產(chǎn)的GIS接地開關(guān)的接地側(cè)與外殼一般是絕緣的，通過活動(dòng)接地片或軟連接將GIS金屬外殼接地。測(cè)試時(shí)可將活動(dòng)接地片或軟連接打開，利用回路上的兩組接地開關(guān)進(jìn)行待測(cè)回路電阻的測(cè)量。

（4）檢查測(cè)試接線，接線應(yīng)良好。

（5）接通儀器電源，調(diào)整測(cè)試電流不小于100A（回路電阻測(cè)試儀有的可自動(dòng)穩(wěn)定在100A，不需要調(diào)節(jié)），電流穩(wěn)定后讀出回路電阻值。如發(fā)現(xiàn)GIS主回路電阻三相不平衡或超過標(biāo)準(zhǔn)值，可分段查找，進(jìn)行隱患處理。

（6）測(cè)試結(jié)束后，恢復(fù)GIS斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、接地連接片或軟連接。

3.5 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及要求

檢修或交接驗(yàn)收時(shí)，回路電阻試驗(yàn)結(jié)果數(shù)值參照廠家規(guī)定，例如，GIS中斷路器回路電阻試驗(yàn)結(jié)果數(shù)值一般不大于廠家規(guī)定值的120%。

回路電阻試驗(yàn)結(jié)果數(shù)值不僅要與廠家規(guī)定的數(shù)值比較，還應(yīng)與之前歷次試驗(yàn)結(jié)果比較。注意觀察試驗(yàn)結(jié)果的發(fā)展趨勢(shì)，由此判斷最易發(fā)生隱患或故障的氣室。同時(shí)在進(jìn)行回路電阻試驗(yàn)時(shí)，也應(yīng)比較相同起始位置三相的試驗(yàn)結(jié)果，三相的試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)相近且不超過允許值。測(cè)試前應(yīng)先將斷路器及隔離開關(guān)分合幾次，目的是清除觸頭表面金屬氧化膜的影響。當(dāng)發(fā)現(xiàn)回路電阻三相不平衡或超過標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，可以采取分段測(cè)試，從而確定隱患的具體部位，進(jìn)行隱患處理。

4 實(shí)例分析

4.1 情況介紹

某公司220kV變電站為雙母線雙分段結(jié)構(gòu)，其部分運(yùn)行接線方式如圖1所示。GIS布置情況由左至右依次為E01 220kV #1主變201間隔、E02母聯(lián)一200A間隔、E03鑄鐵線211間隔、E04山鐵線212間隔、E05 220kV 2APT Y22A間隔、E06 220kV 1APT Y21A間隔、E07鐵鋼線213間隔、E08 220kV #2主變202間隔、E09分段一21F間隔、E10分段二22F間隔。

圖1 某220kV變電站運(yùn)行接線方式

4.2 停電

為安全可靠地排查隱患所在氣室，確定隱患類型，首先調(diào)整母線運(yùn)行方式。隱患排查期間，220kV #1A、#1B、#2A母線由運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修；#1主變201開關(guān)轉(zhuǎn)檢修（中、低壓側(cè)保持運(yùn)行）；#2主變由運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修；為保證供電可靠性，降低風(fēng)險(xiǎn)，其他變電站均參與負(fù)荷平衡。

4.3 隱患描述

2021年8月4日，在操作鐵鋼線過程中發(fā)現(xiàn)220kV變電站#1A母線C相電流有偏差，三相電流不平衡。對(duì)#1A母線三相進(jìn)行回路電阻測(cè)試。

對(duì)220kV #1A母線A、B、C三相進(jìn)行200A-D6至21F-1A-D1回路電阻測(cè)試。首先將母聯(lián)一200A間隔分200A-D5、合200A-1、200A，220kV #1A母線C相第1次回路電阻測(cè)試，將母聯(lián)一200A間隔200A-1分合1次，回路電阻為950μΩ；220kV #1A母線C相第2次回路電阻測(cè)試，將母聯(lián)一200A間隔200A-D5分合1次，回路電阻為960μΩ；220kV #1A母線C相第3次回路電阻測(cè)試，將母聯(lián)一200A間隔200A分合1次，回路電阻為960μΩ；同理對(duì)A相、B相分別進(jìn)行回路電阻試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)為298μΩ與296μΩ。通過上述5次試驗(yàn)結(jié)果可見，220kV #1A母線A、B、C三相電阻不平衡，且C相阻值較大，排除隔離開關(guān)、地刀、斷路器問題，判斷C相母線可能存在問題。試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)見表1。

表1 母線三相回路電阻測(cè)試數(shù)據(jù)

5 隱患判斷與檢測(cè)

5.1 初步判斷

5.1.1 GIS氣室SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)

經(jīng)過SF6氣體組分試驗(yàn)并未確定隱患?xì)馐?，判斷未發(fā)生放電閃絡(luò)或輕微放電。

5.1.2 回路電阻測(cè)試分段分析

隨即分段對(duì)220kV #1A母線C相進(jìn)行回路電阻測(cè)試。將鐵鋼線213間隔合213-D5、213開關(guān)、213-1刀閘，220kV #1A母線C相200A-D6至213-D5回路電阻第1次測(cè) 試 數(shù)據(jù) 為1000μΩ；220kV #1A母 線C相200A-D6至213-D5回路電阻第二次測(cè)試數(shù)據(jù)為992μΩ；220kV #1A母線C相213-D5至21F-1A-D1回路電阻第一次測(cè)試數(shù)據(jù)為200μΩ。

通過上述3次分段試驗(yàn)，數(shù)據(jù)結(jié)果排除220kV#1A母線C相213-D5至21F-1A-D1段異常。

將 山 鐵 線212間 隔 合212-D5、212開 關(guān)、212-1，220kV #1A母 線C相212-D5至213-D5回 路 電 阻 第1次測(cè)試數(shù)據(jù)為963μΩ；220kV #1A母線B相212-D5至213-D5回路電阻第1次測(cè)試數(shù)據(jù)為258μΩ。

隨后將山鐵線212間隔分212開關(guān)，通過此兩次分段試驗(yàn)，數(shù)據(jù)結(jié)果排除220kV #1A母線B相異常。試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)見表2。

表2 母線回路電阻測(cè)試數(shù)據(jù)

經(jīng)測(cè)試，判定1APT Y21A間隔與鐵鋼線213間隔之間電阻值大于正常值，需拆開檢查。

5.2 解體檢查

通過分析，對(duì)隱患發(fā)生的部位進(jìn)行了確定，為解體分析提供了明確的方向。為進(jìn)一步確定隱患類型及正確排查隱患，對(duì)1APT間隔Y21A C相G1氣室進(jìn)行解體檢查。對(duì)1APT Y21A間隔G1氣室及相鄰氣室回收氣體，拆除1APT G1氣室蓋板、Y21A刀閘C相母線G1氣室小蓋板，壓縮1APT與鐵鋼線間隔之間的母線伸縮節(jié)，聞到刺鼻的臭雞蛋氣味。

對(duì)解體氣室再次進(jìn)行回路電阻測(cè)試，1APT C相Y21A電極至213-D5回路電阻測(cè)試數(shù)據(jù)為625μΩ；1APT C相Y21A母線導(dǎo)體至213-D5回路電阻測(cè)試數(shù)據(jù)為124μΩ；1APTC相Y21A母線至鐵鋼線213間隔213-D5回路電阻測(cè)試數(shù)據(jù)為128.8μΩ。

由此判定電阻異常位置為Y21A母線導(dǎo)體與觸座（電極）連接處。試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)見表3。

表3 母線C相回路電阻復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)

圖2為1APT Y21A觸座（電極）與1APT Y21A母線導(dǎo)體連接處，即隱患發(fā)生部位。

圖2 隱患部位

拆除1APT與鐵鋼線間隔之間的中間母線組件，清理被拆除的中間母線及套管。拆解發(fā)現(xiàn)母線觸座處有輕微放電痕跡并存在少量SF6氣體分解產(chǎn)物。放電原因?yàn)?APT間隔Y21A C相G1氣室母線觸座未安裝表帶觸指簧片，導(dǎo)致電阻增大，造成三相電流不平衡。

圖3 母線觸座

拆解母線組件，安裝表帶觸指簧片后測(cè)量母線電阻恢復(fù)正常值，與其他兩相趨于平衡。復(fù)測(cè)#1A母線三相回路電阻，隱患排查后進(jìn)行微水檢漏、耐壓試驗(yàn)等，驗(yàn)收合格后恢復(fù)送電。#1A母線三相回路電阻復(fù)測(cè)對(duì)比數(shù)據(jù)見表4。

表4 三相回路電阻復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)

6 結(jié)束語

近年來隨著GIS的廣泛應(yīng)用，隱患及故障也時(shí)有發(fā)生，隱患排查及故障解決難度較大且停電檢修時(shí)間較長，常常涉及許多非故障元件。此次隱患是由于廠家在安裝過程中觸座未安裝表帶觸指簧片，導(dǎo)致導(dǎo)體接觸不良，從而造成三相電流不平衡。若沒有及時(shí)準(zhǔn)確進(jìn)行隱患排查，GIS設(shè)備相當(dāng)于“帶病運(yùn)行”，會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。在今后的GIS設(shè)備建設(shè)與安裝中應(yīng)認(rèn)真仔細(xì)，避免此類事情發(fā)生。