浅析GIS设备在电力系统中的应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇浅析GIS设备在电力系统中的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘 要】 gis设备具有众多优点，取得了越来越多的应用，也相应出现了一些问题。对GIS设备常见的故障类型和故障比例进行了说明，指出SF6气体泄漏和局部放电是最常见和威胁性大的故障类型。对这两种常见故障额实时监测方法进行了介绍和分析。

【关键词】 GIS 电力系统 应用

1 引言

GIS设备由于其可靠性高，占地面积小、维护量小等优点，在我国电网中取得了越来越多的应用。但GIS封闭的特点也决定其出现问题时不易被发现，也不易检修，因此在实际使用中，监测技术取得了越来越多的重视。常规的方法中，仅仅对对六氟化硫（SF6）气体泄露的监测，以及采用辅助设备对GIS进行监测，但这些监测手段，对于发展较轻的故障形式，往往不易发现，具有较大的局限性，这就决定了GIS设备实时监测技术的发展方向。

2 GIS设备的常见故障

在GIS设备越来越多的应用中，逐渐发现了多种故障形式。据统计，在常见的故障形式中，以SF6气体泄漏最为常见，约占总故障数量的50%。其次分别是断路器操作机构缺陷、隔离开关机构缺陷，接地开关机构缺陷，三类机构缺陷约占总故障数量的三分之一。最后是本体绝缘、气体微水超标等缺陷，数量较少，但发生后问题严重。

应当指出，SF6气体泄漏，是多种故障的表现形式。这是因为GIS设备中充满着SF6，任何一点出现故障或缺陷，都有可能导致SF6气体的泄漏。这也就导致了SF6气体泄漏监测设备即使发现气体泄漏，也很难查找出真正的故障类型和故障位置。对GIS威胁更大的是局部放电，简称局放。局放是反应GIS设备绝缘性能的关键参数之一，直接反应GIS绝缘性能的恶化，更能导致GIS设备绝缘性的进一步降低，直至故障发生。因此，如果能对GIS局放进行有效的监测，将极大程度上避免故障的发生。

3 SF6气体泄漏的实时监测

SF6是一种无色、无味、无毒、不易与空气混和的惰性气体。SF6本身无毒，但是在高压电弧或高温的作用下，会分解出剧毒，即便是微量也能致命。因此，当GIS发生气体泄漏时，泄漏出来的SF6及其分解物会在室内低层空间积聚（SF6气体比重大于空气比重，且二者不易混合），从而对室内人员的生命安全构成威胁。GIS常见的漏气部位主要有隔室、绝缘子、密封圈、互感器二次端子、连接点、砂眼处和气室伸缩节接口等。泄露出的SF6会在大气中有很长的残存期，还会吸收红外辐射产生温室效应。因为泄漏引发的频繁补气和继续泄漏，对设备和人身安全都是威胁。

当前SF6监测技术，主要是电化学技术、电击穿技术以及红外光谱吸收技术。其中电化学技术是通过被检测气体接触200°C高温的催化剂表面，进行化学反应，通过检测电信号的改变，发现被检测气体中的SF6。击穿技术的工作原理是依据SF6气体绝缘的特性，利用电极间电压的变化来判断被检测气体中是否含有SF6。红外光谱吸收技术又被称为激光技术，是利用SF6对特定波段的红外光的强烈吸收特性。红外光谱技术相对成本高，结构复杂，其优点是灵敏度高，受环境的影响小，对温度和湿度的变化不敏感。同时，红外光谱技术采用主动抽取被测试气体，发现泄漏早，反应迅速。当前情况下，三种方法都能达到实时监测的要求，且都有实用。

4 局部放电的实时监测

GIS中发生局部放电的原因，主要由以下几种：

（1）绝缘体内部自由移动的金属颗粒和悬浮电位体。

（2）绝缘体、高压导体上存在尖刺突出。

（3）绝缘体表面的固定颗粒。

（4）导体之间的连接点接触不良。

（5）绝缘体内部表面的气隙或裂缝。

GIS局部放电的监测方法，主要有耦合电容法、超高频法、超声波监测法、化学监测法、光学监测法等。其中的耦合电容法是利用贴在GIS外壳上的电容电极耦合探测局放时的导体变化。超高频法（UHF法）是利用传感器对放点部位进行定位。超声波监测是利用了局放时伴随产生的震动和声音。化学检测法主要是用来确定故障发生的程度。光检测法不具备定位功能，主要用来是对易发生故障的部位进行固定目标的监测。就目前已经研发的监测产品而言，超高频法和超声波法最为有效，因而成为了研究的主要目标，限制于一种方法的监测效果，对于无人值守站的GIS实时监测，建议的方法是采用多种方法的综合使用。

局部放电的实时监测，其基础是传感器，因此传感器的性能决定了其监测效果，关键的性能参数包括采集频率和带宽，由于局放发生的复杂性，因此要求采集频率高、频带宽、线性度好、信噪比高、灵敏度高的传感器，以便获得有利于分析的精确数据。

局放实时监测，并不只是依靠传感器，获得的数据，需要进一步分析，才能获得局放的位置、故障原因和类型、局放的严重程度等关系到GIS安全的关键结论。例如，监测到的电信号为负峰值上间歇性的低脉冲，当电压升高时区域稳定时，一般为尖刺突出物导致的局放。而自由金属悬浮物运动具有较大的随机性，从而导致的局放也具有较大的随机性，相应表现为监测出现完全随机模式的脉冲。

当前取得实时状态监测应用的主要是超高频法，其主要优点有：（1）干扰能力强。空气中电晕干扰的频率较低，不在UHF法检测的频带内。（2）能对局放电源进行定位。合理布置UHF传感器，利用电磁波到达不同传感器的时间差可以对局放源进行定位，并具有相当高准确度。（3）可实现对放电缺陷类型的识别。（4）可以实现长期实时监测。通过固定安装在GIS内部或外部的传感器，可实现对GIS设备局部放电的长期实时监测。

4 结语

GIS设备具有大量优点，考虑到对减少占地面积和无人值守的需求，其应用将越来越多，因此有必要对现在已经出现的问题展开研究，并予以解决。常见故障的实时监测是一种行之有效的解决方法。文中对GIS设备常见的故障类型和比例进行了说明，认为SF6气体泄漏和局部放电是最常见和威胁性大的故障类型。其中，SF6气体在线检测技术相对成熟，已经取得了广泛应用。而局部放电的实时监测，主要集中在超高频发和超声波法上，但仍然存在监测不准的状况，因此应该在传感器与分析方法上展开进一步研究。

参考文献：

[1]肖燕，郁惟镛.GIS中局部放电在线监测研究的现状与展望.电气制造，2005.2，27-28.

[2]林其雄，李刚.GIS状态监测与状态检修初探.高电压技术，2002.38（2），52-53，55.