乔胜亚，朱 晨，李光茂，杨 森，周鸿铃

（广东电网有限责任公司广州供电局，广州 510410）

0 引言

GIS（气体绝缘全封闭组合电器）内部绝缘缺陷和机械类故障是影响设备安全可靠运行的重要因素[1-3]。GIS 母线快速接地开关作为接地开关的一类重要设备[4-6]，除了有在断路器重合闸前能消除潜供电弧的作用外，还有一个作用就是当GIS内部出现短路接地时，在母线管里会产生强烈的电弧，它可以在很短的时间里将外壳烧穿，或者发生母线管爆炸[7-9]。为了能及时切断电弧电源，通过快速接地开关人为地使电路直接接地，通过继电保护装置将断路器跳闸，从而切断故障电流，保护设备不致损伤过大[10]。

运行人员在巡查时发现220 kV GIS 母线快速接地开关A 及B 均有异响，接地开关A 声音有间歇性，试验专业立即组织专业诊断。本文对该GIS 母线快速接地开关进行5 种方法的检测和定位，总结了GIS 设备在缺陷排查和故障定位等方面的经验，为后续同类型设备的运维工作提供参考和指导。

1 前期分析

1.1 GIS 母线快速接地开关基本信息

GIS 母线快速接地开关基本技术参数见表1。

表1 GIS 母线快速接地开关信息

1.2 带电测试

在发现异响后，当天开展了带电测试，结果显示超声信号接地开关A 间隔处最大幅值为45 mV 左右，接地开关B 间隔处最大幅值为80 mV左右，对相连母线进行超声局放检测发现无明显局放信号。由现场带电测试可知，仅通过超声信号检测无法判断是否为内部放电，且准确定位困难。为了进一步明确异响来源和定位，试验人员开展缺陷诊断排查和故障异响定位。

2 缺陷诊断排查

2.1 排查思路

本次220 kV GIS 母线快速接地开关缺陷诊断步骤如下：第一步采用超声波检测、特高频检测对异响信号源范围进行核实，缩小异响源区域；第二步采用特高频检测对异响信号源范围进行核实，检测是否有相位特征，初步判断异响性质和区域；第三步对疑似信号源气室进行SF6分解物全组分分析，验证判断结论。

2.2 超声测试

现场采用pocket AE 超声测试装置对220 kV GIS 异响区域进行测试。首先对220 kV GIS 室空间干扰信号进行测试，并对相连母线及相连TV（电压互感器）等间隔其他气室进行测试，未发现异常信号点，同时排除从主变等部位传来异常信号的可能性；然后将异常超声信号范围逐步减少至快速接地开关A、快速接地开关B 气室到母线连接位置段。对本段进行测试发现超声信号主要集中在快速接地开关末端盖外壳上。从接地开关末端外壳到母线衰减很快至消失。不同位置超声测试数据如图1 和图2 所示。

图1 接地开关A 超声测试

图2 接地开关B 超声测试

测试当天在13:00 时的测试结果如表2 所示，测试结果为接地开关A 靠近接地开关截面位置中间位置信号最强（约45 dB），向两侧及母线侧逐渐衰减至信号正常。接地开关B 整体信号弱于接地开关A，且分布规律不明显（超声幅值在30 dB左右），2个气室测试超声信号均与50 Hz 有较强的相关性。在17:00 时对上述2 个气室进行复测，发现接地开关B 气室信号减弱至20 dB 左右，典型超声信号如图3 和图4（13:00 测试数据）所示。

图3 接地开关A 典型超声信号

图4 接地开关B 典型超声信号

表2 接地开关超声测试结果

2.3 特高频测试

现场利用特高频局放检测装置对距离接地开关A/B 最近的绝缘盆子检测特高频局放信号，绝缘盆子位置位于接地开关连接母线的对侧最近位置。由于是全屏蔽结构，首先解开屏蔽预留口然后利用外置式特高频传感器进行测试，通过放大及滤波手段，测试结果显示2 处气室未发现明显的相位特征，判断为非局放信号。特高频局放测试位置如图5 所示。

图5 接地开关附近的绝缘盆特高频检测

2.4 SF6 分解物全组分分析

利用便携式SF6综合分析仪对接地开关A/B气室现场进行测试分析，同时利用激光光谱方法现场测试了气室CF4含量，测试结果如表3 所示，气体组分现场测试结果合格。现场进行取气利用氦离子气相色谱仪对气体进行了全组分分析，也未见其他特征组分。

表3 快速接地开关A/B 气室气体组分

综合超声、特高频和SF6分解物全组分分析各项测试结果，初步怀疑异响原因及超声信号异常原因为快速接地开关机构内部振动导致。随后重点对超声信号源进行确认。

3 故障异响定位

3.1 定位思路

220 kV GIS 母线快速接地开关故障异响定位步骤如下：第一步利用220 kV GIS 内置式特高频传感器进行复测；第二步借助声学成像装置进行验证；第三步锁定信号源并开盖确认；第四步部署超声重症监护系统进行在线监测，对比超声信号与负荷关系，进一步确认信号规律。

3.2 特高频信号复测

利用ABB 厂家内置式GIS 特高频传感器专用转接头（图6）接入特高频局放检测装置，对上述特高频检测的两个位置进行复测，局放测试结果未见异常，彻底排除GIS 本体局放异常可能性。

图6 内置式特高频传感器测试局放

3.3 声学成像装置声源检测

采用声源识别系统对声源进行定位，基于声阵列的声成像技术采用传声器阵列进行声信号的空间采样，声学照相机选用德国CAE 公司开发的Bionic XS plus 系列，该设备采样频率48 kHz，测量频率范围10 Hz～24 kHz。测试结果表明，声源位置位于快读接地开关A 机构箱内，声音信号频率在3.025～16.316 kHz 范围内最强，如图7 所示。

图7 220 kV GIS 接地开关A 气室异响声源识别结果

3.4 超声信号源确认

根据该型号隔离开关结构（图8），对快速接地开关A 相机构保护盖进行拆除，发现声音来源于快速接地开关手动操作闭锁滑块与挂锁装置接触位置，用手触摸手动操作闭锁滑块声音消失，同时快速接地开关壳体处超声信号消失。

图8 快速接地开关机构

具体振动位置如图9 和图10 所示，取下机构挡板观测图10 中位置2 即为手动操作闭锁滑块，分析手动操作闭锁滑块振动原因为变压器及GIS 运行振动导致其共振所致。

图9 快速接地开关机构内部结构

图10 异响信号源锁定

3.5 异响源超声重症监护结果

为进一步监测接地开关A/B 气室及相邻位置的超声信号规律，在现场对2 个气室部署了PDM 208 超声重症监护系统，进一步探究其发展规律。监测周期为20 天。超声重症监护系统传感器布置位置如图11 所示。

图11 超声重症监护系统布置

在监测20 日期间，快速接地开关A/B 超声监测结果如图12 所示，由于长期监测过程中设置时最大测量值选择了20 mV，超过20 mV 的监测结果无法显示。同时调取调度自动化系统统计相同20 日期间，快速接地开关A/B 的电流变化，研究超声信号与运行负荷随时间的变化规律，快速接地开关A/B 处节点电压、电流如图13 所示。

图12 超声重症监护系统监测结果（监测点2）

图13 220 kV GIS 气室相连母线电压、节点电流变化

快速接地开关A 气室监测结果表明：监测点2（隔离开关气室本体）在监测周期超声信号峰值（每天）除个别天外均超过20 mV，在第8 天到11天内每天的监测超声信号最小值基本在20 mV以上，信号最弱时间出现在第15 天到第16 天，该时间段内信号最大幅值低于20 mV；监测点1（快速接地开关A 气室与母线连接位置）与监测点1 对比趋势一致，信号明显减弱，符合超声信号扩散规律。

快速接地开关B 气室监测结果表明：监测点3（隔离开关气室本体）整个监测周期超声信号峰值除第一天信号可达20 mV 以外，其他时间信号峰值最大不超过10 mV，且多数时间在5 mV 左右。

对比不同时间超声信号与负荷关系发现超声信号与电压相关性不大，且由于接地开关B 整个监测周期电流随时间变化不大，无明显的电流与超声信号对应规律。对于快速接地开关A 气室可以发现在第14～16 天期间，节点电流有明显下降，而此时的超声信号也存在对应下降趋势，第16 天后运行电流和超声信号也均呈现上升趋势。由于超过20 mV 部分无法观测且其他时间段电流信号较为稳定，规律也有待与进一步挖掘。综合分析可得接地开关A 处节点超声信号与运行电流信号存在一定正相关性。

4 结语

通过特高频、超声波、SF6组分分析、声学成像装置、超声重症监护等手段对某220 kV GIS快速接地开关A/B 气室异响问题进行排查，确认异响信号非放电引起，异响信号源来自手动操作闭锁滑块与挂锁装置接触位置，并通过打开快速接地开关机构保护壳进行了验证确认。本次诊断试验还有效验证了声学成像装置用于异响源定位的实用性。

建议针对GIS 异响问题在运维工作中做到以下几点：

（1）如发现为放电类缺陷带来的异响信号，应尽快处理。

（2）对于GIS 管道异响（振动）一般通过增加支撑结构来减缓异常振动，广州某220 kV 站220 kV GIS 管道异响采用此措施处理。

对于其他异响（振动）信号，一般认为短期内不会影响设备正常运行，主要通过跟踪监测判断考虑其发展趋势允许停电情况检查内部部件松动情况，并进行紧固等处理措施。某220 kV GIS 牛花甲线C 相避雷器异响经跟踪后开盖确认由于避雷器阀片固定长芯棒与阀片间隙导致振动，后经过加装垫圈处理后异响消失。