带电测试技术在GIS避雷器的应用

带电测试技术在GIS避雷器的应用

王淇锋林长海王赫男

（国网石家庄供电公司河北省石家庄市050000）

摘要：GIS以其性能稳定、可靠性高、维护工作量小、检修周期长、占地面积小等特点，表现出很强的生命力，特别在城市用地紧张、征地困难的地区，更是受到电力企业的青睐，近年来得到了广泛使用，佛山供电局目前运行的110kV及以上GIS变电站有98个。110-500kVGIS用罐式氧化锌避雷器是全封闭组合电器的组成部分，避雷器（MOA）的安全运行是电力系统GIS可靠运行的重要保证。

关键词：带电测试；GIS；避雷器；应用；分析

引言：GIS是由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等元件组成的，全部封闭在金属接地外壳中，内部用盆式绝缘子分隔成各个气室，充以0.3-0.65MPa的SF6气体作为绝缘和灭弧介质的一种组合电器。GIS具有结构紧凑、占地面积小、运行可靠、检修周期长、安装方便、不受污染和雨、盐雾等周围环境因素影响的优点，因而广泛用于电力系统各变电站中。

1.避雷器的特点

（1）与瓷套式金属氧化物避雷器的结构完全不同。110kV罐式金属氧化物避雷器是将三相芯体装入充有一定额定压力的SF6气体金属罐体中，利用SF6气体良好的电气绝缘特性，大幅度地缩小了相间及相对地的距离，实现了产品小型化。（2）氧化锌电阻片优异的伏安特性，使得避雷器的保护特性得到改善，特别是陡波残压的降低对伏秒特性比较平坦的GIS保护很有利，加之大的通流能力，能对开关站内设备提供可靠保护。（3）避雷器是无间隙型的，因此性能稳定，不受SF6气体压力的影响。（4）采用特殊形状的均压屏蔽罩改善电位分布，有效地补偿了金属罐体与芯体间杂散电容对电阻片上电位分布的影响，使得电位分布达到较理想的水平。（5）罐式金属氧化物避雷器一般不带压力释放装置，罐体本身的屈服压力有足够的安全裕度，是安全可靠的。根据用户要求也可装设压力释放装置，其作用是当罐体内部压力超过规定值时，防爆装置动作，释放罐体内部的压力。（6）罐式金属氧化物避雷器的高压端通过盆式绝缘子出线，与全封闭组合电器相联，低压侧通过密封端子接地，盆式绝缘子由特殊环氧材料浇注而成，具有很高的绝缘性能、机械性能及良好的自密封能力。为了与GIS联接方便，l10kV、220kV罐式金属氧化物避雷器，高压端有顶部出线及侧部出线两种结构，500kV罐式金属氧化物避雷器则采用顶部出线。

2.GIS中SF6气体检漏及湿度检测

2.1SF6气体检漏

这类故障通常发生在组合电器的密封面、焊接点和管路接头处。主要原因是由于密封垫老化，或者焊缝出现砂眼引起，每年因此需要对GIS补充大量的SF6气体来保证正常工作压力，这类故障约占整个故障的40%左右。SF6气体检漏是运行监测的主要项目之一。现场检漏部位主要是设备气室的接头、阀门、表计、法兰面接口等检测。所使用的仪器一般为卤素气体检测仪，这类仪器对各种负电子性的气体，如氟里昂、SF6等都有响应，在检漏过程中应注意环境的干扰情况。对SF6气体检漏也可以采用压降法。在运行期间测定其漏气率采用该法，需对设备各气室的压力和温度定期进行记录，一段时间后，根据首末两点的压力和温度值，在SF6状态参数曲线上查出在标准温度（通常为20℃）时的压力或者气体密度，就可以计算出这段时间内的平均漏气率。由于压力表并不能灵敏地反映微小的泄漏，所以压降法主要应用于GIS的长期监测。

2.2SF6湿度测试

带电检测GIS的SF6的湿度己经多年，还制定了相关的管理规定，发现相当多的湿度不合格情况。比对停电状态的湿度测试，与带电检测数据基本吻合，为运行单位合理安排检修提供了依据。湿度不合格主要原因一是安装时没有严格按照安装工艺流程。SF6气体微水在运行时标准为断路器气室300×10－6，其他气室蒸500×10－6。SF6气体含水量太高引起的故障，易造成绝缘子或其他绝缘件闪络。微水超标的主要原因是通过密封件泄露渗入的水份进入到SF6气体中，经过多年的运行，气体中含水量持续上升。外部水蒸汽分子等效分子半径为SF6分子的0.7倍，因此水的渗透力极强，而且大气中水蒸汽分压力通常为设备中水份分压力的几十倍，其至几百倍，在这一压力作用下，大气中的水份会逐渐透过密封件进入气体绝缘设备。实践证明，GIS带电测试SF6湿度可替代停电预试。

3.GIS中局部放电测试

3.1局放产生的原因

GIS中局放产生的原因有几种：一是绝缘体内部存在自由移动的金属微粒；二是绝缘体内或高压导体上存在针尖状突出物；三是由于制造原因在绝缘表面上可能存在固定的微粒；四是附近存在悬浮电位体或导体间连接点接触不好；五是轻微局放或制造时造成绝缘体内部或表面存在气隙、裂纹等。

3.2GIS中局放的监测方法

3.2.1电测法

（1）耦合电容法。又称脉冲电流法，它利用上引起的电压变化。该法结构简单，便于实现。但在现场测试时，无法识别与多种噪声混杂在一起的局放信号，因此此方法的使用推广受到限制。（2）超高频法。由英国Strathclyde大学提出。其主要优点是灵敏度高，并通过放电源到不同传感器的时间差对放电源精确定位。但对传感器的要求很高，此法成本昂贵。

3.2.2非电测法

非电测法监测GIS局放信号的优势为可避免电气干扰，但实用方面也有不足。（1）超声波监测法。由于GIS内部产生局放时会产生冲击振动及声音，因此可用腔体外壁上安装的超声波传感器测量局放量Q。它是目前除UHF法（超高频法）外最成熟的PD（局部放电）监测方法，抗电磁干扰性能好，但由于声音信号在SF6气体中的传输速率很低（约140m/s），信号通过不同物质时传播速率不同，不同材料的边界处还会产生反射，因此信号模式很复杂，且其高频部分衰减很快。它要求操作人员须有丰富经验或受过良好的培训，另外，长期监测时需要的传感器较多，现场使用很不方便。（2）化学监测法。通过分析GIS中局放所引起的气体生成物的含量来确定局放的程度，但GIS中的吸附剂和干燥剂会影响化学方法的测量；断路器正常开断时产生的电弧的气体生成物也会产生影响；脉冲放电产生的分解物被大量的SF6气体稀释，因此用化学方法监测PD的灵敏度很差。（3）光学监测法。光电倍增器可监测到甚至一个光子的发射，但由于射线被SF6气体和玻璃强烈地吸收，因此有“死角”出现。该法监测已知位置的放电源较有效，不具备定位故障能力，且由于GIS内壁光滑而引起反射带来的影响使灵敏度不高。

总结：总而言之，首先现场实践表明，多种带电测试技术相结合有效弥补了目前GIS罐式金属氧化物避雷器预防性试验方法的不足，及时发现MOA缺陷和避免了MOA事故的发生，保障了GIS设备的安全稳定运行。其次通过分析SF6气体中SO2和H2S的含量，可以有效地判断电气设备的缺陷，测定SO2和H2S含量的方法简单，能够在现场迅速测定，从而判断设备是否存在缺陷并确定缺陷的具体部位。

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