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摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，在电力ＧＩＳ设备的发展趋势下，ＧＩＳ内隔离开关得到了广泛应用。ＧＩＳ内隔离开关的主要优点是整体性强、装置小型化、安全性较高。但是在ＧＩＳ内隔离开关的长期运行下，也会因装置自身问题或环境影响，导致其可靠性出现下降。因此，需要对ＧＩＳ内隔离开关运行可靠性进行测量和评估，及时安排相关检修工作，降低故障概率。
关键词：GIS设备；隔离开关；负载特性；测试
引言
随着电网的不断发展,气体绝缘封闭开关设备(GIS)在电网中使用越来越广泛,为了满足用户对GIS在可靠性高、体积小、质量轻及免维护等方面的要求,国外的GIS已经普遍使用隔离开关(DS)/接地开关(ES)采用三工位结构,即DS-ES合一结构,三工位为合闸-隔离-接地。三工位开关将DS和ES组合成一个整体,DS和ES公用一个动触头、一个中间触头和一个操作机构。三工位隔离开关使得设备整体结构简化,尺寸显著变小,并且不存在常规DS和ES间各种可能的误操作,因此可省略DS和ES间的电气操作联锁,使得GIS运行可靠性得到极大提高。由于三工位隔离开关DS和ES公用一个操作机构,使其控制回路更加复杂。在三工位隔离开关电气控制过程中,不可避免地更多使用限位开关和继电器,以实现DS、ES之间的操作转换。因此控制回路中元器件的可靠性与三工位隔离开关的正确动作有着极大的关系,控制回路任何一个元器件发生障碍就可能造成三工位隔离开关不正确动作。
1典型电场分布计算
通过有限元仿真计算，得到了典型隔离开关间隔内的电位和电场分布情况。为使电场分布比较均匀，其关键部位的最大场强值需控制在许用值以下，即限制在设计基准以内。根据实际运行经验得出的控制值，在雷电冲击电压下，GIS缸体内的金属屏蔽罩表面的电场强度应不高于24kV/mm，而绝缘材料表面不应高于12kV/m，经过计算转换到550kV交流电压系统情况，绝缘材料表面的控制场强为2.4kV/mm。高场强主要出现在动静触头屏蔽罩上。而绝缘拉杆表面的电场强度为2681.32V/mm，高于控制场强值。绝缘杆表面电位电场分布曲线见图3。由图3可见，绝缘拉杆表面电位电场分布情况，所选路径方向为从高压侧到低压侧。绝缘拉杆表面前104.588mm的长度承担了50%的压降。而最大场强值出线在靠近中心导杆侧约全长1/4处，达到2361.87V/mm。之后场强在209.18mm处开始出现迅速下降。绝缘拉杆表面的电位电场分布都很不均匀。绝缘拉杆作为连接高压带电部分与零电压罐体间的绝缘件，它承受着很大的电压降，其他部分的互相影响也使绝缘拉杆上的电场分布极不均匀。同时它承担着机械驱动的任务，在机构转动过程中，它将受到很大的扭矩作用。在此过程中可能造成其表面或内部裂痕及附着于其上的因金属摩擦而产生的导电颗粒，这些都可能对绝缘拉杆的绝缘性能产生影响。从结构设计也可看出，动触头屏蔽罩与绝缘拉杆在距中心139~173mm处很接近。在上述条件作用下，动触头屏蔽罩与绝缘拉杆及端盖之间可能形成放电通道。在实际运行中，很多事故都起于原因。
2GIS设备中隔离开关负载特性测试研究
2.1运行方面
（１）运行巡视过程中要建立完整的运行资料。（２）加强运行巡视及红外测温工作，尽量在积累阶段及时发现问题及缺陷，以避免事故发生或减小事故范围及损失。（３）加强ＧＩＳ设备带电检测技术手段，适时开展带电局部放电检测工作，对于局部放电量异常的设备，应结合ＳＦ６气体分解物检测情况进行综合分析与判断，发现问题及时采取相应措施。
（４）分合闸操作过程中要仔细观察分合闸指示，确认分合闸到位；加强监视分合闸指示器与绝缘拉杆相连的运动部件相对位置有无变化。（５）加强操动机构的维护检查，保证机构箱密封良好，适时进行机械特性试验，测试其行程曲线是否符合厂家标准曲线要求。
2.2绝缘拉杆表面凸起
绝缘拉杆上表面电场分布曲线在凸起处发生了明显的变化，并出现了最大和最小电场强度值。场强曲线是沿穿过凸起对称轴的路径得到的场强值，在经凸起边缘不远处达到峰值，随后急剧降至最小值，之后又在过凸起轮廓线最高点后达到峰值。其他部分表面电场分布未受影响。可以看到凸起表面场强近5kV/mm，且电场分布极不均匀。可见，凸起尺寸在0.5~2mm范围内变化时，由凸起所引起的绝缘拉杆表面最大场强值与最小场强值均基本相等，电场分布也基本一致。由此可见，凸起尺寸变化时，表面电场的增强或减弱程度基本不变。只是沿径向场强曲线变化的范围正比于随凸起尺寸的变化，其畸变范围约为凸起尺寸的3倍。可见，位于不同径向位置的凸起，虽然凸起处最大场强值及最小场强值各不相同，但电场增强系数f值不大，这说明即便凸起处于绝缘拉杆表面不同位置，其对表面电场的增强程度基本一致。
2.3运行可靠性评估模型
采用加权灰靶理论对ＧＩＳ内隔离开关运行可靠性进行评估，可以通过建立可靠性评估模型，得到量化评价结果。在对ＧＩＳ内隔离开关进行可靠性评估时，首先对其各部件健康状态进行打分，然后利用加权灰靶理论进行计算，根据专家经验对隔离开关运行可靠性进行分级，判断ＧＩＳ内隔离开关所处的可靠性等级。具体可以参照电力设备可靠性评估的状态划分方法，将其分为健康、良好、注意、恶化、失效五个等级。处于健康状态的ＧＩＳ内隔离开关能够正常运行，各项指标均在合理值范围以内，不需要进行维修，也可以延长大修周期。处于良好状态的ＧＩＳ内隔离开关各项指标值也处于正常限值以内，可能有个别指标接近限值，但无恶化趋势。注意状态下的ＧＩＳ内隔离开关有一项或多项指标接近限制，且存在恶化趋势，需要调整检修计划，优先安排检修工作。恶化状态下的ＧＩＳ内隔离开关已经有个别指标值略微超出正常限值，而且仍具有恶化趋势，需要尽快安排检修。失效状态则是出现一项或多项指标严重超出限值，在此情况下，ＧＩＳ内隔离开关通常已经发生故障问题，需要立即进行停电检修。
2.4测试装置软件方案
系统软件采用高级语言C++，其HMI主要实现初始化设置、数据处理，数据可视化(绘图)、故障诊断、数据存储等功能。与传统的检测仪相比，装置实现了传统仪器的硬件与计算机的结合，并扩展传统仪器的功能，完成数据采集、智能诊断和显示。数据处理，数据本身是通过传感器采集，将模拟量转化为数字信号，再传入到上位机系统中。传感器本身不可避免的受到噪声的干扰，再加上数字信号转换过程中引入的噪声，使得HMI接受到的数据会出现异常点，偏离了正常数值。为了准确地剔除噪声，还原真实数据，使用高斯滤波(Gaussfilter)算法对数据进行处理。引入此算法后，得到信噪比SNＲ较高的信号，数据的重复性和稳定性都得到很大的提高。
结语
对ＧＩＳ内隔离开关运行可靠性进行测量和评估，是ＧＩＳ设备运行管理的重点内容。通过采用合适的测量和评估方法，可以提前反映出ＧＩＳ内隔离开关存在的故障隐患，更好地把握其运行可靠性变化趋势，从而为相关检修工作提供依据，将设备运行管理提前化。
参考文献
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