王汝悦
中国电建集团核电工程有限公司，山东济南 250100
摘要：现阶段，我国的工程技术的发展迅速，随着GIS设备在电力系统中的广泛应用，其自身结构带来的故障定位困难问题，已逐渐成为GIS设备检修技术研究的热点。从目前的GIS故障检测技术的发展来看，其定位技术按信号类别来分主要有特高频法、超声波法和红外测温法;按定位原理分类则主要有幅值法、时差定位法和回路电阻测试法。
关键词：GIS设备；故障检测；研究进展
引言
气体绝缘全封闭组合电器（GAS INSULATED SWITCHGEAR，GIS）是气体绝缘金属封闭开关设备,将断路器、母线等封闭于金属壳，形成组合式高压电器。就现阶段我国社会发展的现状来看，随着不断加快的城市化，我国的用电需求不断地增加，变电站工程的数目也不断地增加。本文根据相关的一些资料与文献，首先探讨GIS设备常见故障及原因，再根据以上故障原因就各个方面进行了探讨与分析，归纳出必须注意的问题，为管理人员提供一定参考与建议。
1 GIS设备常见的故障与原因
1.1 GIS设备常见的故障
本文主要研究在常见故障中故障检测难度最大的局部放电故障和设备发热故障，局部放电引起设备轻微震动和绝缘水平降低，逐步引起绝缘击穿，导致安全事故。设备发热会导致设备电弧烧损，甚至爆炸，长期发热会使局部过热老化、材料性能下降和缩短使用寿命。
1.2 GIS设备故障的原因
局部放电故障是由于固定缺陷、GIS腔体内可以移动的自由金属微粒或灰尘、传导部分接触不良和绝缘子制造时造成的内部空隙和实验闪络引起的表面痕迹，还包括或是因电极的表面粗糙或是来自制造时嵌入的金属微粒。设备发热故障是由于导体接触不良、盘式绝缘子或支柱绝缘子绝缘下降、罐体涡流、法兰之间或螺栓接触不良和SF6气体微水超标造成绝缘降低放电。
2 局部放电故障检测方法研究
2．1 幅值法
幅值法即通过特高频或超声波传感器收集多个检测点的局部放电信号，通过比较信号幅值大小，来缩小局放源所处区域范围。由于GIS设备是由金属外壳封闭，特高频检测信号只能通过有限检测点检测，而超声信号经过金属外壳会产生严重的信号衰减，因此通常将两种检测手段联合使用，进而更快的找到局放源的位置。此种方法对检测仪器精度和检测人员技术熟练度具有较高要求。
2．2 时差定位法
时差定位法是利用两个或多个传感器检测到信号的时间差对局放源进行精确定位。在进行计算时，会引入信号在GIS介质中传播的速度，其中在利用超声信号进行定位时会忽略GIS外壳的作用。(1)特高频时差定位特高频时差定位是通过两个或多个特高频传感器检测信号，利用示波器观测各传感器检测到信号的时间差，然后利用传感器所处位置构造几何关系，利用时间差电磁波在介质中的传播速度作为已知量，对局放源所处位置进行计算。由于电磁波信号在GIS设备内衰减较慢，且传播速度极快，因此定位范围较广，精度较高，适合大范围搜索局放源。(2)声电联合定位声电联合定位是指将超声波传感器与特高频传感器联合使用，利用示波器观察二者时差，然后引入信号传播速度，计算局放源位置。
确定超声信号与特高频信号时差时，由于特高频信号传播速度远远大于超声信号，因而将特高频信号接收时间认定为信号发出起始时间，则局放源位置与超声传感器的距离时间差乘以超声信号在介质中的传播速度。由于超声信号衰减快，且上述近似处理的条件为特高频传感器应在局放源附近，因而这种方法适用于距离局放源近的小范围精确定位。实际案例中往往利用多种定位方法进行联合定位，在不同的定位阶段选用合适的定位方法，才能快速精确地找到局放源的位置。
3 设备发热故障检测方法研究
GIS设备发热机理的研究，是为了能够及时发现设备的发热故障，做出相应的处理。目前国内外GIS发热检测方法有：①通过局放检测研究(超声波检测，超、特高频法，脉冲电流法等)，或对SF6分解物的检测，回路电阻测试法，来辅助判断GIS发热情况；②红外测温法(红外点式测温、红外热像测温)，光纤光栅测温法，来直接检测GIS设备的发热。由于局放检测与SF6分解物检测方式，不能判断设备故障是否由发热引起，更不能确定设备发热的温度范围。为了更有效地检测GIS设备的发热，文中对GIS发热主要检测方法进行研究。
3.1 回路电阻测试法
回路电阻测试法又称“接触电阻测试法”，GIS回路电阻测试仪的工作原理是直流压降法，需要将待测GIS停电分离。对被测回路电阻施加额定的直流电流，根据其两端的压降计算出回路的电阻值。但该检测方式只能在停电计划检修时进行，GIS停电检修将会导致停电范围的扩大，回路电阻测试不能满足带电检测的需求，一般作为辅助检测方式，用于新安装的GIS设备，检查GIS设备的安装质量和导电回路的完整性；以及对停电设备的检修，检测接触电阻的大小，确定发热点及发热原因。
3.2 红外测温法
红外测温法包括红外点式测温和红外热像测温法。红外点式测温(又称红外辐射测温)，用简单的数字显示；红外热像测温，采用多点测温，进行热成像，具有安全、高效、防漏检等优点。红外测温法通过测量GIS的温度信息，判断相应的故障位置及严重程度，具有非接触、无损检测等优点。理论上说凡是伴随着热效应的设备故障都可用红外方法做出诊断。红外测温基础是，通过测量物体自身辐射红外能量的大小，就能准确地测定它的表面温度GIS过热性故障常见于气体绝缘组合电器(GIS)、气体绝缘断路器(GCB)等SF6电气设备内部数量众多的刀闸触头处。针对GIS发热点的红外测温技术的研究，目前主要有两种：直接检测与间接检测。①直接检测，即通过将红外温度传感器安装在GIS外壳外表面，探头通过测量孔接收触头辐射出的红外光波，直接进行触头温度的红外测量；②间接检测，即通过测量触头位置处金属屏蔽罩的温度，建立GIS传热学模型和实验研究，获得触头温度与金属屏蔽罩温度的定量关系，通过屏蔽罩温度和环境温度来反推触头温度，实现触头温度的准确预测。目前对于触头温度的直接红外测量，有学者进行了深入的研究。直接检测GIS触头温度的方式，结构简单，成本较低，抗干扰能力强，但由于涂敷高辐射涂料，传感器安装过程的密封，传感器发热率的补偿等因素，存在绝缘问题和较小误差。比较红外点式测温与红外热像分析温度检测后，发现红外热像测温多适用于外部，大面积温度检测；而红外点式测温更适用于内部或外部小面积发热点的测温，为现场的检测工作提供了有效参考。也有学者对触头温度的间接红外测量进行了探讨。将导体屏蔽罩和外壳内部的发射率均设为定值0.05，而实际温度变化时发射率可能改变，实验采用的热电偶温度传感器误差是1℃，仿真结果和实际结果存在一定的误差，外壳温度和导体温度的相关性还处于研究阶段，根据温差来判断内部状态尚缺乏有效的诊断判据。
结语
严格遵守相关要求与规定，科学的开展防护与安装工作，落实好监管制度，最大程度的保障变电站的质量与安全，提高GIS设备的运行和故障检测效率，从而在一定程度上保障资源的合理利用。
参考文献
[1]陈毅瑜.变电站设备故障诊断及运行维护管理探讨[J].企业技术开发,2013,32(20):96-97.