GIS绝缘故障监测与诊断方法

GIS的别名叫做气体绝缘变电站，它是一种由金属封闭起来的开关设备。GIS里面的电器元件之间用SF6气体进行绝缘填充[1]。相对于其它开关设备而言，GIS空间利用率高、占地面积小，并且由于SF6出色的绝缘性能而显示出较高的可靠性，因此成为目前电网中的重要部件之一。但是目前电网故障率一直保持较高水平，GIS一旦出现故障将造成大规模停电事故。所以，保证GIS的安全运行至关重要。
　　GIS故障时，内部绝缘出现问题的可能性比较大。据经验可知，绝缘部分产生故障的原因可以分为：（1）浇铸件内部缺陷损伤；（2）自由金属微粒引发放电现象；（3）突出物引发电晕放电；（4）触头接触不良引起火花放电。当GIS内部绝缘部分发生故障时，需要通过物理或者化学等在线监测和诊断方法进行及时处理，以便快速采取有效措施排除故障保证电网的安全稳定运行。
　　1.GIS绝缘故障监测与诊断方法
　　针对GIS绝缘故障，可以通过化学法、振动法、电气法等对故障类型及原因进行诊断，以便对GIS运行中一些不利因素进行科学认识了解，使GIS的运行更加稳定可靠。
　　化学法是通过分析放电现象中SF6气体发生化学反应后的气体组分来判断故障类型[2]。但是目前国内外仍然缺乏科学的判断标准，使得化学诊断方法依旧处于可行性探讨阶段。振动法是通过分析局部放电现象中的振动信号来诊断故障类型，其中用于分析的振动信号由超声波传感器来接收。振动法也称为超声波法，目前有关超声波法的研究相对较少，频率范围特征还不是很明显。超声波法目前的优势主要体现在放电源定位上，但是对于一些绝缘故障放电类型还存在判定盲区，因此需要通过其他监测方法配合进行。电气法通过在测量阻抗施加电压来获得电气量变化信息，根据电气量信息诊断故障类型。脉冲放电诊断和超高频诊断是电气法中最为常见的两种。但是脉冲诊断方法抗干扰能力差，容易受电磁干扰影响，并且无法定位放电源，通常在诊断前期用于判断是否存在局部放电现象。
　　2.超高频在线监测与诊断方法
　　2.1超高频诊断原理
　　进行GIS绝缘故障诊断的首要任务为提取待分析的现场信号。采用超高频在线诊断方法时，现场信号由超高频探头接收，超高频探头既可以安装在GIS内部也可以安装在GIS外部。超高频探头可以接收GIS局部故障发出的频率为500-3000MHz的超高频电磁波信号。接收到的电磁波信号经过处理后可以输出超高频和超高频检波两种信号。经过检波后，其中的超高频信号可以得到一个单极性宽脉冲信号，该信号便为最终观察信号。通过观察信号，可以得知局放信号的大小、相位、放电次数及放电信号波形特征，根据这些信息便可对GIS内部绝缘故障进行具体诊断。
　　2.2超高频局部信号特征
　　得到的GIS绝缘故障超高频信号的图谱特征为：（1）尖端放电故障时，当施加电压达到峰值附近时，将会出现一个比较大的局放脉冲，施加电压的增高会使得频度上升，而对放电量的影响却不明显；（2）悬浮电位故障时，放电量在正负半周期内具有对称性，施加电压增加时，频度增加而幅值保持不变；（3）自由微粒故障时，放电具有规律性，电场分布却不再均匀而显现出一定的负电极性；（4）绝缘子故障时，放电同样具有对称性，在施加电压的幅值绝对值上升部分出现放电脉冲的概率比较大。
　　GIS绝缘故障的诊断需要充分利用局部放电信号的幅值和相位信息。因此，在判断时应该重点关注局放信号的幅值大小及其规律性，应该关注局放信号是不是在正负半周都存在以及是发生在上升沿还是发生在下降沿。
　　2.3超高频法的现场应用
　　现场应用时，超高频探头一般都是安置在盆式绝缘子处，然后检测超高频信号，待检测的信号为超高频电磁波信号。为了保证监测和诊断的精度，在利用超高频方法时一般还加以其他方法辅助进行，比如在检测电信号的同时还应同时检测声信号。
　　案例：某电站的GIS发生故障时，用PDM2000进行了现场测试，其图谱为：
　　根据超高频监测方法对故障进行诊断分析，可以发现该放电现象具有对称性，并且幅值基本保持不变，由图谱特征判断该故障可能是由于内部零件松动导致的接触不良，后经解体可以确定为弹垫松动故障。
　　本文对GIS绝缘故障的监测和诊断方法进行分析，说明了化学法、振动法和电气法诊断的优缺点，并且重点研究了超高频诊断方法，对超高频诊断方法的实现原理、不同绝缘故障的信号特征以及现场应用情况进行了分析。结合实例可以得出，超高频诊断方法可以为GIS绝缘故障的现场诊断提供有力支持。