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[摘 要]SF6全封闭组合电器（GIS）是由断路器、隔离开关、接地（快速）开关、互感器、避雷器、母线（三相或单相）、连接管和过渡元件等电器元件组成。目前GIS已广泛地应用于城市电网、钢铁与机械等行业的220kV及以上电压等级系统中。GIS设备虽然有许多优点，但是其结构复杂、制造工艺精细、质量要求高。现场安装也比较复杂，工序繁多且要求十分精细，稍有不慎就可能会造成安装质量问题，留下运行隐患。基于此，本文主要对GIS组合电器内部缺陷的查找进行分析探讨。
[关键词]GIS组合电器；内部缺陷；查找；分析
中图分类号：TN56 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）44-0122-01
1、前言
GIS具有全封闭的特殊性，长期以来几乎处于无维护状态，因此GIS设备出现的缺陷不容易排查。一旦发生故障，后果往往很严重，停电范围要比常规设备大，经济损失也比较大，现场检修过程复杂，且受现场条件限制，修复时间一般很长。因此对其内部缺陷的查找具有重要的现实意义。
2、GIS故障
GIS的可靠性高，检修周期很长，出现故障的几率很小。通过查询近年来相关资料，将GIS的内部故障进行了统计。图1为GIS设备在运行中存在的各种缺陷，其中颗粒为最常见缺陷。
3、超声诊断原理
当电气设备内部发生局部放电时，由于分子的激烈撞击、气泡的形成和发展、液体的流动以及固体材料的微小开裂会发出超声波，超声波向四周传播开来，经过气体介质和钢板一直达到电气设备容器的表面。在这过程中，超声波不但要在单一媒质中产生衰减，而且还会在不同媒质的界面上产生反射、折射以及在声特性阻抗不匹配的两种媒质界面上产生衰减。由于超声波在钢中衰减比在气体中衰减大得多，因此，探头接收到的超声波主要是由气体介质传播来的。以GIS内部的微粒跳动为例，测量超声信号及其频域特性。
通过耦合剂把超声探头贴在设备外壁上。在超声波作用下，超声探头的压电元件两个端面上产生交变的束缚电荷，引起端部金属电极上电荷变化或在外回路上产生交变电流。超声信号与局放水平的关系曲线看出两者基本上是线性关系。因此，检测此电信号可以准确地判断设备内部是否发生局放。GIS设备局放检测点的选取：①因为绝缘子和法兰使声信号明显衰减，所以每个气室应选取一个测量点；②对于母线隔1～2m选取一个点。
4、GIS设备超声诊断
GIS局放超声测试仪抗干扰性强、使用方便，检测器的最大灵敏度约为30kHz，对20～100kHz也相当灵敏。探头的电信号经过几个阶段的处理，以消除杂散信号。在信号提取、过滤和修平之后，对声波脉冲进行检测，然后将显示图像分为连续模式、相位模式和脉冲模式3类。可以在运行中或耐压试验时检测绝缘内部的放电，适合预防性试验的要求。
4.1 测量模式简介
连续模式图形显示出声信号的有效值和峰值，并且显示了声信号与50Hz/100Hz的相关性。，相位模式下，检测器测出与50～60Hz电源频率同步的声波脉冲。相位模式图形显示在同一参考电压下声波脉冲在横轴与纵轴上的幅值。峰值电压不必与90°和180°角一致，因为变电站电压与装置坐标之间存在相位移动。对于脉冲模式，检测方法基于金属壳内2个移动颗粒碰撞的时间差。脉冲模式图形显示出有明显的自由颗粒存在时测得的脉冲幅值及时间延迟，其描述了颗粒的大小和数量，以及中心导体与外壳间的声源的位置。
4.2 有效检测缺陷
GIS内部缺陷中，超声法可以非常有效检测到的有以下几种：
（1）壳体或带电部分上的凸起
带电部分或壳体上的凸起将使电场局部增高，当交流场强超过某一水平时，首先在负峰值处发生放电。当电压继续升高，放电次数增加，在正峰值时也可能发生放电。因此，信号的50Hz相关性明显强于100Hz相关性。通常相导体上超过1～2mm的凸起是有害的。由于壳体上的电场强度降低，所以壳体上的类似凸起危害较小。
（2）自由颗粒
电场强度足够大时，颗粒开始跳动，多数故障是由自由颗粒引起的。颗粒每与壳体碰撞一次，便发射一个宽带瞬时超声脉冲，它与50Hz/100Hz的相关性很弱。在脉冲模式中，可以看到颗粒的运行轨迹，很明显地观察颗粒的飞行高度和飞行时间，危险颗粒是细长形而且跳得高的顆粒。
（3）电气悬浮或机械松动的屏蔽
如果电场屏蔽机械上松动，则可能形成电位悬浮。如果松动的屏蔽正好在带电的电极上，则会引起屏蔽和基点之间产生大的放电，机械松动的屏蔽将产生大的声信号。这种故障的放电一般产生在电压的上升沿，产生的局放信号与100Hz的相关性很强。
4.3 测量特征及缺陷定位
综合国内外用户的现场经验，并结合笔者在GIS站进行超声诊断的心得，可以得到进行GIS局放诊断时各种缺陷的测量特征，见表1。
当然这只是一种定性分析，要定量分析局放的大小及危险程度，则需要对比同相或不同相但同型号的设备。此外，还可以在一定程度上对缺陷进行定位：
（1）在壳体上移动探头，如果信号水平的最大值在较大范围内出现，则故障源多半在中心导体上；如果最大值在一个特定点出现，则故障多半在壳体上。要注意的是，这种情况只有在很长的没有高反射的管道上才能定位和识别，如母线。
（2）设置滤波器上限频率从100kHz减小到50kHz，如果50Hz相关性和100Hz相关性都明显减小，则缺陷多半在壳体上，因为滤波器截去了信号中50kHz以上的成分，说明噪声是宽带的。如果信号水平不变，则缺陷大概在中心导体上，因为高频成分已经由于气体的衰减而截掉。
5、结语
GIS设备其结构复杂、制造工艺精细、质量要求高。现场安装也比较复杂，工序繁多且要求十分精细，稍有不慎就可能会造成安装质量问题，留下运行隐患。所以，要严格按照GIS设备的验收规范进行设备验收，及时发现设备安装缺陷。应加强220kV及以上GIS设备的监试工作，必要时对其生产过程监造；在监试工作中，监试人员必须严格按照相关标准和采购协议，严格对试验过程，试验结果进行监督。
参考文献
[1] 朱德恒，严璋.电气设备状态监测与故障诊断技术[M].北京：中国电力出版社，2009.
[2] 陈天翔，等.电气试验[M]..北京：中国电力出版社；2016：197-211.
[关键词]GIS组合电器；内部缺陷；查找；分析
中图分类号：TN56 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）44-0122-01
1、前言
GIS具有全封闭的特殊性，长期以来几乎处于无维护状态，因此GIS设备出现的缺陷不容易排查。一旦发生故障，后果往往很严重，停电范围要比常规设备大，经济损失也比较大，现场检修过程复杂，且受现场条件限制，修复时间一般很长。因此对其内部缺陷的查找具有重要的现实意义。
2、GIS故障
GIS的可靠性高，检修周期很长，出现故障的几率很小。通过查询近年来相关资料，将GIS的内部故障进行了统计。图1为GIS设备在运行中存在的各种缺陷，其中颗粒为最常见缺陷。
3、超声诊断原理
当电气设备内部发生局部放电时，由于分子的激烈撞击、气泡的形成和发展、液体的流动以及固体材料的微小开裂会发出超声波，超声波向四周传播开来，经过气体介质和钢板一直达到电气设备容器的表面。在这过程中，超声波不但要在单一媒质中产生衰减，而且还会在不同媒质的界面上产生反射、折射以及在声特性阻抗不匹配的两种媒质界面上产生衰减。由于超声波在钢中衰减比在气体中衰减大得多，因此，探头接收到的超声波主要是由气体介质传播来的。以GIS内部的微粒跳动为例，测量超声信号及其频域特性。
通过耦合剂把超声探头贴在设备外壁上。在超声波作用下，超声探头的压电元件两个端面上产生交变的束缚电荷，引起端部金属电极上电荷变化或在外回路上产生交变电流。超声信号与局放水平的关系曲线看出两者基本上是线性关系。因此，检测此电信号可以准确地判断设备内部是否发生局放。GIS设备局放检测点的选取：①因为绝缘子和法兰使声信号明显衰减，所以每个气室应选取一个测量点；②对于母线隔1～2m选取一个点。
4、GIS设备超声诊断
GIS局放超声测试仪抗干扰性强、使用方便，检测器的最大灵敏度约为30kHz，对20～100kHz也相当灵敏。探头的电信号经过几个阶段的处理，以消除杂散信号。在信号提取、过滤和修平之后，对声波脉冲进行检测，然后将显示图像分为连续模式、相位模式和脉冲模式3类。可以在运行中或耐压试验时检测绝缘内部的放电，适合预防性试验的要求。
4.1 测量模式简介
连续模式图形显示出声信号的有效值和峰值，并且显示了声信号与50Hz/100Hz的相关性。，相位模式下，检测器测出与50～60Hz电源频率同步的声波脉冲。相位模式图形显示在同一参考电压下声波脉冲在横轴与纵轴上的幅值。峰值电压不必与90°和180°角一致，因为变电站电压与装置坐标之间存在相位移动。对于脉冲模式，检测方法基于金属壳内2个移动颗粒碰撞的时间差。脉冲模式图形显示出有明显的自由颗粒存在时测得的脉冲幅值及时间延迟，其描述了颗粒的大小和数量，以及中心导体与外壳间的声源的位置。
4.2 有效检测缺陷
GIS内部缺陷中，超声法可以非常有效检测到的有以下几种：
（1）壳体或带电部分上的凸起
带电部分或壳体上的凸起将使电场局部增高，当交流场强超过某一水平时，首先在负峰值处发生放电。当电压继续升高，放电次数增加，在正峰值时也可能发生放电。因此，信号的50Hz相关性明显强于100Hz相关性。通常相导体上超过1～2mm的凸起是有害的。由于壳体上的电场强度降低，所以壳体上的类似凸起危害较小。
（2）自由颗粒
电场强度足够大时，颗粒开始跳动，多数故障是由自由颗粒引起的。颗粒每与壳体碰撞一次，便发射一个宽带瞬时超声脉冲，它与50Hz/100Hz的相关性很弱。在脉冲模式中，可以看到颗粒的运行轨迹，很明显地观察颗粒的飞行高度和飞行时间，危险颗粒是细长形而且跳得高的顆粒。
（3）电气悬浮或机械松动的屏蔽
如果电场屏蔽机械上松动，则可能形成电位悬浮。如果松动的屏蔽正好在带电的电极上，则会引起屏蔽和基点之间产生大的放电，机械松动的屏蔽将产生大的声信号。这种故障的放电一般产生在电压的上升沿，产生的局放信号与100Hz的相关性很强。
4.3 测量特征及缺陷定位
综合国内外用户的现场经验，并结合笔者在GIS站进行超声诊断的心得，可以得到进行GIS局放诊断时各种缺陷的测量特征，见表1。
当然这只是一种定性分析，要定量分析局放的大小及危险程度，则需要对比同相或不同相但同型号的设备。此外，还可以在一定程度上对缺陷进行定位：
（1）在壳体上移动探头，如果信号水平的最大值在较大范围内出现，则故障源多半在中心导体上；如果最大值在一个特定点出现，则故障多半在壳体上。要注意的是，这种情况只有在很长的没有高反射的管道上才能定位和识别，如母线。
（2）设置滤波器上限频率从100kHz减小到50kHz，如果50Hz相关性和100Hz相关性都明显减小，则缺陷多半在壳体上，因为滤波器截去了信号中50kHz以上的成分，说明噪声是宽带的。如果信号水平不变，则缺陷大概在中心导体上，因为高频成分已经由于气体的衰减而截掉。
5、结语
GIS设备其结构复杂、制造工艺精细、质量要求高。现场安装也比较复杂，工序繁多且要求十分精细，稍有不慎就可能会造成安装质量问题，留下运行隐患。所以，要严格按照GIS设备的验收规范进行设备验收，及时发现设备安装缺陷。应加强220kV及以上GIS设备的监试工作，必要时对其生产过程监造；在监试工作中，监试人员必须严格按照相关标准和采购协议，严格对试验过程，试验结果进行监督。
参考文献
[1] 朱德恒，严璋.电气设备状态监测与故障诊断技术[M].北京：中国电力出版社，2009.
[2] 陈天翔，等.电气试验[M]..北京：中国电力出版社；2016：197-211.