GIS裝置及其絕緣技術《GIS裝置及其絕緣技術》第六章GIS設備耐壓試驗和絕緣故障診斷內容GIS設備的現(xiàn)場安裝和現(xiàn)場耐壓試驗GIS設備絕緣故障診斷方法GIS設備的現(xiàn)場安裝GIS設備的安裝調試步驟：制造→出廠試驗→運輸→安裝→現(xiàn)場試驗在工廠中制造并進行出廠試驗之后，以運輸單元的方式運往安裝工地，在保證易于裝卸的前提下，組裝成盡可能大且易于控制的運輸單元，在現(xiàn)場組裝后進行現(xiàn)場試驗。GIS設備的現(xiàn)場安裝現(xiàn)場安裝前的檢查：土建施工符合圖紙要求，主要包括開孔位置、預埋件是否符合設計地面平整度、清潔度墻面及天花板的清潔度門窗以及通風設備(戶內)的完整、現(xiàn)場物料的管理與安全有無行車、吊車、吊鉤貨物進場方便性以及吊裝的方便性采光/照明的合理性以及備用電源制定安裝和調試的計劃按清單清點GIS設備的各種部件是否齊備GB50147-2010電氣裝置安裝工程高壓電器施工及驗收規(guī)范GIS現(xiàn)場指導安裝標準作業(yè)手冊GIS設備的現(xiàn)場安裝GIS現(xiàn)場安裝流程：清潔安裝區(qū)域及GIS部件畫地面軸線間隔就位模塊拼裝氣室抽真空氣室充SF6氣體二次電纜敷設、接線GIS設備的現(xiàn)場安裝清潔安裝區(qū)域及GIS部件打開氣室之前，用吸塵器徹底清洗安裝區(qū)域清潔GIS部件，清潔所要安裝的金屬部件和密封面：法蘭的密封面和“O”形槽檢查密封面是否有擦傷或類似損傷用細砂紙磨光擦傷處用吸塵器除塵清潔密封面“O”形圈安裝前必須清潔，安裝時將“O”形圈均勻壓入密封槽導體接觸面連接件屏蔽罩GIS設備的現(xiàn)場安裝GIS設備的現(xiàn)場安裝一次回路直流電阻試驗SF6密度繼電器校驗GIS氣室密封性試驗(檢漏)GIS氣室SF6氣體微水試驗機械特性試驗一次回路絕緣及高壓交流耐壓試驗二次回路絕緣及功能試驗GIS與遠方控制及保護聯(lián)調試驗接地檢查PT、CT檢查及特性試驗避雷器檢查電纜試驗現(xiàn)場調試GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗現(xiàn)場耐壓試驗的特點：必要性試驗電壓低于工廠試驗電壓被試設備的尺寸大，對地電容量大。故現(xiàn)場耐壓試驗需要的電源容量大，萬一發(fā)生放電，由于試品電容量大，放電造成的破壞也大?，F(xiàn)場耐壓試驗的目的：檢查總體裝配的絕緣性能是否完好。防止設備在運輸、貯存和安裝過程中可能發(fā)生的問題，包括零部件松動、脫落，電極表面刮傷或安裝錯位引起的電極表面缺陷，導電微粒污染以及工具遺忘在裝置內等GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗試驗時可以斷開與試品相連的某些部位：與GIS相連的高壓電纜和架空線電力變壓器和大多數(shù)電壓互感器避雷器和保護間隙(限制了電壓的大小)進行現(xiàn)場耐壓試驗實時，鑒于下列原因，宜通過斷路器和隔離開關的操作，將整個斷路器分為幾個部分：便于確定放電性故障的位置如發(fā)生放電性故障，可限制放電能量限制試驗電源的容性負載GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗試驗電壓波形：交流電壓交流電壓試驗對檢查介質污染是相當靈敏的，且在大多數(shù)情況下對檢查異常的電場強度也有足夠的靈敏度。標準規(guī)定，試驗電壓的頻率在10-300Hz范圍內。交流試驗可與GIS的老練同時進行。沖擊電壓雷電沖擊試驗對檢查異常的電極結構比較敏感。因試品的電容量比較大，現(xiàn)場試驗比較困難，標準規(guī)定，雷電波的波前時間可延長到8s，如果采用振蕩的雷電沖擊波，則波前時間可延長到15s。對于較高電壓的GIS，使用操作沖擊波來檢查存在的介質污染和異常電場結構比較有效，操作波既可以采用非周期性波，也可采用振蕩波，到達峰值的時間為150

s–1ms為宜直流電壓直流試驗不適用交流GIS設備GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗試驗電壓值：(1)交流電壓不低于出廠試驗電壓的80%，耐壓時間1min。(2)雷電沖擊和操作沖擊試驗時，分別不低于工廠中相應試驗電壓的80%，正負極性各施加三次試驗電壓，而且在進行沖擊耐壓前應先使試品承受5min最高工作電壓。對于220kV級及以下的設備，工廠中不做操作沖擊電壓試驗，這種情況下現(xiàn)場操作沖擊耐壓值取為現(xiàn)場雷電沖擊試驗電壓的80%。GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗串聯(lián)諧振的交流耐壓裝置現(xiàn)場試驗時，由于試品的容量比較大，故需要容量比較大的實驗電源。一種辦法是使用串聯(lián)諧振的交流耐壓裝置當達到諧振時故當諧振回路的品質因素Q較大時，電源容量可以較小。GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗串聯(lián)諧振的交流耐壓裝置的好處：(1)裝置質量輕，所需電源容量小(2)當試品擊穿時，電流受串聯(lián)電抗的限制，故放電電流較小，試品受到的破壞較小(3)電壓波形好?；芈樊a(chǎn)生基波諧振，基波以外的分量阻抗比較大，故諧波分量較小如何達到諧振？L，C，

產(chǎn)生諧振的條件GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗工頻串聯(lián)諧振: 調節(jié)L或者C采用鐵芯氣隙可調節(jié)的電抗器，電感可在較寬的范圍內連續(xù)變化(可變化10-20倍)采用固定電抗器，給試品并聯(lián)適當?shù)碾娙?，使回路接近諧振GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗變頻串聯(lián)諧振裝置: 調節(jié)

固定高壓電抗器，試驗回路采用變頻裝置供電，頻率在一定范圍內連續(xù)可調(10-300Hz)產(chǎn)生諧振的條件L必須滿足的條件①：L必須滿足的條件②：當試驗電壓較高時，可采用多個電抗器串聯(lián)。GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗變頻(50Hz附近)諧振裝置: 固定L，選擇并入或不并C，在314(50Hz附近)左右調節(jié)

將試驗頻率限制在45Hz-65HzGIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗振蕩操作沖擊波發(fā)生器沖擊電壓發(fā)生器發(fā)生器的效率峰值時間其中一般峰值時間在150s至1ms之間，發(fā)生器效率大于1.6優(yōu)點：適用于試品電容量大且電壓高的情況試驗裝置的運輸非常方便GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗用試驗變壓器產(chǎn)生振蕩操作沖擊電壓利用已充電的電容器對高壓變壓器或電壓互感器的低壓繞組放電，在高壓側得到振蕩操作沖擊電壓，為調節(jié)輸出波形，可在變壓器低壓線圈側接入電阻、電容等調波元件。GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗用串聯(lián)諧振試驗裝置產(chǎn)生振蕩操作沖擊波利用串聯(lián)諧振交流耐壓試驗裝置，試驗時先將調壓器調到事先預定的位置，然后合閘。GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗內部擊穿故障點的定位現(xiàn)場耐壓試驗和故障后的維修時需要對故障點的定位技術，以縮短工作時間并減少費用局部放電擊穿放電氣體分解光振動和聲電磁波溫度和壓力定位故障位置GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗化學的方法氣相色譜儀氣體檢測管電阻型薄膜敏感元件固體電解質傳感器←SO2、HF氣體檢測管GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗測溫度的方法紅外熱像儀熱敏漆熱敏漆的溫度升高到一定值時，顏色發(fā)生改變當GIS或GIL發(fā)生電弧接地時，弧根處外殼溫升可達100℃以上，整個外殼溫度也略有升高。GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗機械的方法機械型振動傳感器當GIS或GIL發(fā)生電弧接地時，外殼會發(fā)生振動，同時內部有壓力波從故障點向管道兩端傳播。GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗壓力波傳感器故障位置可精確定位，然而安裝比較困難GIS設備的現(xiàn)場耐壓試驗測光輻射的方法SF6吸收光的能力較強，故靈敏度是一個問題測磁場的方法當發(fā)生接地故障時，電弧會在故障點的金屬殼外部產(chǎn)生一個軸向的磁場分量，檢測該磁場亦可以對故障進行定位導體電流相位鑒別法GIS設備絕緣故障根據(jù)CIGRE的第二次GIS調查結果被調查GIS的平均投運時間為9年，只有8.4%的GIS運行超過20年全球平均GIS故障率為0.75次/100間隔·年大約87%的GIS從未發(fā)生故障，約7%發(fā)生過1次故障大約20%的故障發(fā)生在投運后1年之內斷路器、母線和隔離開關是容易出問題的部分現(xiàn)存GIS的預期壽命大約為30-40年，新安裝的GIS的壽命預期為30-50年GIS的年漏氣率一般小于0.5%GIS設備的故障GIS絕緣事故的數(shù)量及絕緣事故的比例全球平均GIS故障率為0.75次/100間隔·年電壓等級越高，問題越嚴重GIS設備的故障GIS事故原因統(tǒng)計絕緣故障、機械故障等…，其中絕緣故障超過50%GIS設備的故障◆

GIS事故的具體原因GIS設備絕緣故障診斷現(xiàn)代電力系統(tǒng)對GIS可靠性的要求：在電氣時代和信息時代，供電可靠性要求越來越高GIS在電力系統(tǒng)中占有一個很重要的位置投資削減造成的延長GIS壽命的要求合適的GIS故障監(jiān)測技術GIS設備的可靠性●持續(xù)的監(jiān)督可以提高設備的可靠性，延長設備壽命TBM及CBM的概念TimebasedmaintenanceConditionbasedMaintenance(TBM)(CBM)GIS設備故障診斷主要的故障檢測方法巡檢直流電阻測量SF6氣體檢測機械性能檢測溫度檢測局部放電檢測GIS設備故障診斷GIS設備故障診斷直流電阻測量安裝完成之后要測量直流電阻，測量值與制造廠商提供的值進行比較作為故障診斷的手段之一，也可以測量直流電阻，測量直流電阻可以檢測到導體接觸不良GIS設備故障診斷SF6氣體檢測密度/壓力檢測泄漏檢查水分含量檢測分解物濃度檢測GIS設備故障診斷密度/壓力檢測氣體的密度

、氣體的壓力p、溫度T三者滿足如下的方程：←實質上是一個帶溫度補償?shù)膲毫Ρ鞧IS設備故障診斷SF6氣體泄漏檢測：①SF6的高耐電強度②SF6的高紅外吸收能力電離腔里的氣體很稀?。苋菀装l(fā)生電離。當電離腔內不含SF6時，由于氣體電離，振蕩回路的Q值下降，振蕩幅值降低；而當電離腔內的含有SF6時，大量的電子被SF6氣體分子所俘獲，降低了電離程度，振蕩器的振幅亦將回升。測量振蕩器的振幅，即可知道被試氣體中SF6的濃度。GIS設備故障診斷AChighvoltage隨著SF6氣體的泄漏，電極的擊穿電壓極大提高，通過檢測擊穿電壓的變化監(jiān)測SF6氣體的泄漏。氣壓的變化大氣濕度的變化灰塵GIS設備故障診斷※參考資料來自NIST的數(shù)據(jù)庫，其中SF6的濃度未知SF6的吸光度不透明領域SF6氣體泄漏激光成像系統(tǒng)GIS設備故障診斷反向散射/氣體吸收特定光波顯像(BAGI)GIS設備故障診斷反向散射/氣體吸收特定光波顯像(BAGI)GIS設備故障診斷GIS設備故障診斷水分含量檢測：①重量法②電解法③阻容法④露點法

GB8905-88；SD305-89；SD306-89；DL506-92；①重量法原理：用恒重的無水高氯酸鎂吸收一定體積六氟化硫氣體中的水分，并測定其增加的重量。由此計算六氟化硫氣體的含水量。操作起來比較復雜，但是最可靠的方法GIS設備故障診斷②電解法：讓含水氣體通過一個電解池，電解池內裝有兩個銠電極，極間有一層P2O5薄膜。當P2O5完全干燥時，極間加直流電壓不會有電流通過。而P2O5吸收氣中水分后使薄膜導電，將所吸收的水電解而產(chǎn)生H2和O2。③阻容法：通過電化學方法在鋁電極表面形成一層氧化鋁薄膜，然后再膜上形成一層金屬膜，這樣兩層金屬膜之間形成了一個電容器，當氧化鋁膜吸收水分之后阻抗發(fā)生變化，通過檢測阻抗的變化即可確定水分的多少。GIS設備故障診斷④露點法：露點法的測量系統(tǒng)是一個溫度可調的金屬鏡面，當金屬鏡面的溫度持續(xù)降低時，在一定的溫度下，水蒸汽開始在鏡面上凝結，該溫度稱為露點。在只有水蒸氣一種可冷凝的物質的條件下，露點溫度的高低與水蒸汽的分壓力直接相關，也就是說，與水蒸氣的含量相關。通過測量氣體的露點溫度可以測定氣體的水分含量。例：-20℃→100Pa如果充氣壓力為0.4MPa,則體積濃度為：GIS設備故障診斷DP-99露點儀檢測精度：±0.2℃GIS設備故障診斷分解物濃度檢測：氣體檢測管法、氣相色譜法(GC)、傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR)、固體電解質傳感器、離子移動度計(IMS)、色譜-質譜法（GC-MS）GIS設備故障診斷GIS設備故障診斷溫度檢測大電流接觸不良溫升世界最長GIL---Shinmeika-Tokai線的基本情況GIS設備故障診斷GIL監(jiān)測系統(tǒng)GIL本體檢測：外殼溫度、氣體密度、故障定位隧道環(huán)境監(jiān)測：門禁、隧道位移、照明、水位、風扇、天然氣管道GIS設備故障診斷▲光纖溫度傳感器▲故障判斷準則▲傳感器的安裝方法光纖光柵溫度傳感原理光纖光時域后向散射技術GIS設備故障診斷局部放電(PD)檢測電氣UHF、IEC60270、箔電極…振動加速度計、超聲波傳感器(AE)…光光電倍增管、光電二極管、熒光光纖…分解氣體氣體檢測管、色譜儀、CNT氣體傳感器…UHF和AE傳感器在國內研究比較多，UHF法的靈敏度比較高，AE傳感器使用比較方便，但兩種方法有一個共同的缺點，那就是抗干擾性有待提高。傳統(tǒng)上，分解氣體檢測法不能用于檢測微弱的局部放電，但隨著技術的發(fā)展，情況已經(jīng)有所改變。GIS設備故障診斷作為標準局部放電檢測法的IEC60270局部放電測量的基本回路(a)測量阻抗與耦合電容器串聯(lián)回路；(b)測量阻抗與試品串聯(lián)回路；(c)平衡回路

Zf—高壓濾波器；Cx—試品等效電容；Ck—耦合電容；Zm—測量阻抗；Z—調平衡元件；M—測量儀器GIS設備故障診斷超高頻(UHF)法300MHz-3GHz局部放電電信號傳感面臨的關鍵困難是電磁干擾問題。GIS局部放電在線監(jiān)測要求在GIS運行的現(xiàn)場條件下進行檢測，由于電暈放電等原因，現(xiàn)場條件下存在大量的電磁干擾信號，尤其常規(guī)局部放電檢測所使用的頻段(幾十kHz~幾百kHz)研究表明，這些干擾主要集中在300MHz以下頻段GIS設備故障診斷制造廠家：使用內屏蔽電極作為UHF傳感器設置專用的UHF傳感器接地開關作為UHF傳感器運行單位：外被電極法外部天線GIS設備故障診斷GIS設備故障診斷UHF內部傳感器GIS設備故障診斷故障定位根據(jù)電磁脈沖信號的衰減和時差，可進行故障定位GIS設備故障診斷外被電極法和外部天線由于波阻抗不連續(xù)，電磁波在絕緣子處發(fā)生折反射，故在絕緣子兩側設置薄膜電極可檢測出局部放電信號電磁波可從絕緣子的法蘭處泄漏出來，故可用線圈在絕緣子的法蘭處檢測GIS設備故障診斷GIS設備故障診斷超聲波傳感器優(yōu)點：實時連續(xù)監(jiān)測易進行PD定位高靈敏度高效、低耗GIS內部產(chǎn)生局部放電的時候，會產(chǎn)生沖擊的振動及聲音，因此可以利用腔體外壁上安裝的超聲波傳感器來測量局部放電信號。超聲波法是目前使用的除超高頻方法之外最成熟的局部放電監(jiān)測方法。GIS設備故障診斷便攜式聲電檢測超聲波傳感器射頻傳感器超聲波信號處理器射頻信號處理器微處理器信號幅值,時間延遲計算警報確定顯示和聽覺、警報計算機在線調整數(shù)據(jù)記錄高壓設備傳感器探頭信號采集GIS設備故障診斷基于光纖干涉原理的局部放電超聲探測器基于熒光光纖的局部放電探測器SF6放電分解氣體檢測技術為檢測SF6氣體分解物，國內外的研究者出了各種方法:氣體檢測管法氣相色譜法(GC)傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR)固體電解質傳感器離子移動度計(IMS)色譜-質譜法（GC-MS）GIS設備故障診斷GIS設備故障診斷氣體檢測管法主要針對等幾種氣體，其原理是通過檢測裝置從高壓電氣設備中提取一定體積的SF6氣體，分別通過SO2、HF、H2S檢測管，檢測管內部裝填一定量的檢測劑，檢測劑吸附在固體載體顆粒表面，能夠與所要檢測的物質發(fā)生化學反應并產(chǎn)生易于觀察的變色現(xiàn)象氣體檢測管法檢測管是以化學顯色反應(如酸堿反應氧化還原反應絡合反應等)為基礎的化學方法,用于檢測SF6氣體分解產(chǎn)物中SO2HFH2S等雜質的體積分數(shù)。優(yōu)點：檢測管能夠檢測到其體積分數(shù)10-6級的SO2或HF。

缺點：容易受到溫度、濕度和存放時間的影響，并且對其主要分解氣體沒有檢測作用，不能全面反應SF6放電分解氣體組分情況,限制了它的應用推廣。GIS設備故障診斷SO2、HF氣體檢測管氣相色譜法(GC)

氣相色譜法是目前國內外用于SF6放電分解氣體組分檢測的最常用方法，也是IEC60480—2004和GB/T18867—2002共同推薦的檢測方法。

利用不同物質在兩相中具有不同的分配系數(shù)(或吸附系數(shù)、滲透性)，當兩相作相對運動時，這些物質在兩相中進行多次反復分配而實現(xiàn)分離。經(jīng)過檢測器和記錄器，這些被分開的組分成為一個個的色譜峰。GIS設備故障診斷氣相色譜儀通常由下列5個部分組成：①載氣系統(tǒng)(包括氣源和流量的調節(jié)與測量元件等)；②進樣系統(tǒng)(包括進樣裝置和汽化室兩部分)；③分離系統(tǒng)(主要是色譜柱)；④檢測、記錄系統(tǒng)(包括檢測器和記錄器)；⑤輔助系統(tǒng)(包括溫控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等)。氣相色譜儀組成、原理和流程示意圖GIS設備故障診斷氣相色譜儀可以同時檢測其體積分數(shù)低至10-6級的CF4、SF6、SO2F2、SOF2、SO2、H2O等氣體組分。IEC給出的SF6分解氣體色譜圖GIS設備故障診斷

氣相色譜法的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：它具有檢測組分多、檢測靈敏度高等優(yōu)點。

缺點：存在取樣和分析過程中可能混入水分導致一些組分水解、對S02F2和SO2的檢測比較困難、不能檢測HF和局部放電主要成分之一的SOF4等缺點。氣相色譜檢測法中色譜進樣的特性決定了檢測時間較長，不可能做到連續(xù)在線監(jiān)測；溫度對色譜柱分離效果的影響以及色譜柱使用一段時間后需要清洗等固有特性決定了色譜技術對環(huán)境要求高，不適于現(xiàn)場在線監(jiān)測應用。GIS設備故障診斷GIS設備故障診斷GIS設備故障診斷傅立葉變換紅外光譜儀FTIR的概略和原理IR光源

G(k)半透鏡面(Split)固定鏡面移動鏡面半透鏡面(Interfere)光路長度差

x強度

I(x)強度I(x)頻譜G(k)GIS設備故障診斷部分分解氣體的吸光度(光路長度為10cm)紅外光譜法是IEC60480推薦的試驗室檢測手段，紅外光譜法能夠檢測SO2F2、SOF2、SF4、SOF4、S2F10和CF4等多種氣體，檢測組分多，檢測時間短，對樣品破壞很少，這些優(yōu)點是紅外能夠實現(xiàn)在線監(jiān)測的優(yōu)勢條件，具有良好的應用前景。如果其能實現(xiàn)在線檢測，可對設備內氣體直接進行掃描，無需取樣。不足之處在于受到測試環(huán)境的濕度和溫度影響，需要采取烘干或熱吹風等前處理手段；在測定SF6分解產(chǎn)物光譜時，SF6與其部分分解氣體的吸收峰較接近，會產(chǎn)生交叉干擾現(xiàn)象。GIS設備故障診斷隨著局部放電的進行，部分分解氣體的濃度變化GIS設備故障診斷固體電解質傳感器固體電解質傳感器的原理利用對被測氣體的形狀或分子結構具有選擇性俘獲的功能(接受器功能)和將俘獲的化學量有效轉換為電信號的功能(轉換器功能)的來工作的。當被測氣體被吸附到固體電解質或氣敏半導體表面時，其電阻值會發(fā)生變化。

GIS設備故障診斷GIS設備故障診斷碳納米管(CNT)氣體傳感傳感器原理:

SF6分解氣體分子吸附在CNT表面，引起CNT的導納發(fā)生變化GIS設備故障診斷與暴露于PD時類似，SF4、HF也能使傳感器的導納值增加，而且

SF4>HFGIS設備故障診斷GIS設備故障診斷CNT氣體傳感器對GIS中PD的基本響應特性

0.1MPaSF6尖-板電極施加電壓:10kV-30kV使用CNT氣體傳感器能夠檢測出SF6中發(fā)生的局