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摘要： GIS即为气体绝缘金属封闭开关设备，其具备占地面积小、便于安装、可靠性高、安全性强等特点，在500kV变电站中是必不可少的主要设备。但是尽管相设备优势明显，但是如果发生故障则会导致严重的后果。因此研究500kV变电站GIS故障有着重要的现实意义，就针对该问题展开讨论。
关键词： 变电站；GIS；故障分析；SF6
1 GIS设备简介
所谓GIS设备即为气体绝缘金属封闭开关设备，全称为六氟化硫全密闭式组合电器，该设备所有带电部分均为金属外壳，包括不锈钢、铝合金以及无磁铸铁等，内部则充盈SF6气体，其具备良好的灭弧与绝缘性能。具体的GIS设备结构如下图1所示：
上图中1对应的是设备汇控柜，2表示GIS设备的核心元件断路器，包括操动机构、开断装置、绝缘结构以及导电回路等，断路器开断过程中会有电弧产生，不过由于其内部充盈了SF6气体，所以电弧会迅速熄灭，并且会将GIS分解为对人体有害的气体，因此断路器中放置了吸附剂；3和4表示电流互感器、接地与隔离开关以及传动机构，其中电流互感器起到测量主回路电流的作用，接地与隔离开关的主要作用是在发生故障时将主电路迅速切断，防止短路导致GIS外壳发生爆炸；5为出线套管，6为避雷器，7为主母线。
2 GIS电器设备故障的预防
设备投产前的安装工作十分重要，会对设备后续的安全运行产生直接影响，因此要严格按照GIS设备安装施工规范以及厂家的安装程序来进行，完成安装后还要进行相关的检查与试验。具体而言，要做好以下几点：首先安装过程中要防止GIS管道内进入金属颗粒等杂质，管道连接时要对法兰口、螺丝孔以及螺丝等部位进行彻底清洁，如果管道临时打开，则要用干净的塑料薄膜覆盖住。其次，每个独立隔室安装完成后均要及时抽真空，然后将合格的SF6气体充入其中静置48h，最后测量气体湿度。湿度要满足以下要求：有电弧分解的隔室体积比低于150，无电弧分解的隔室体积比低于500。最后，在投产前要对GIS设备进行现场耐夺试验，根据相关标准规定，试验电压为出厂试验电压的80%；还要对主回路的导电电阻进行测量，对各隔室的密度继电器或者压力表进行校验，检查联锁回路，保证隔离开关的手动电动操作、断路器的操作试验与相关要求相符。
3 GIS设备的故障分析与处理
3.1 断路器故障分析
3.1.1 拒绝合闸处理。断路器拒绝合闸的主要原因及处理方法如下：首先，如果由于断路器操作电源断电，则要检查断路器操作电源是否处于空开或者熔丝状态，是的话则要试合空开或者更换熔丝，还要对汇控柜内的开关进行检查，保证其处于远方位置；其次，如果由于控制回路的原因，则要对控制回路易出现故障的位置进行重点检查，针对二次回路的问题，通常要由专业人员处理；再次，如果由于弹簧机构未储能导致断路器拒绝合闸，则要检查电源是否完好，如果机构出现问题也要进行专业处理；最后，如果断路器的SF6压力降低会导致开关闭锁，此时需要将断路器操作电源断开，申请停用重合闸，再进行专业处理。
3.1.2 拒绝分闸处理。断路器出现拒绝分闸处理的主要原因如下：首先分闸电源如果处于断电状态，则要对断路器的操作电源进行检查，如果由于操作电源空开或者熔丝熔断，则要试合空开或者更换熔丝，同样要检查汇控柜内的开关状态；其次，如果控制回路发生故障，要对分闸线圈、分相操作箱继电器以及断路器控制把手进行重点检查，然后进行专业处理；再次，如果断路器辅助接点转换不良，或者汇控柜内远方/就地把手辅助接点接触不良，则要进行专业处理；最后，如果断路器SF6压力降低闭锁开关，则要断开断路器操作电源空开，申请停用重合闸，汇报调度，经过批准后再用母联串代故障断路器，把非故障出线断路器倒换至另一母线，将故障断路器切断，再针对故障断路器对应的母线进行检修。
3.2 GIS断路器操作机构异常
3.2.1 液压操作机构异常。如果出现液压机构无油位或者严重漏油等问题，会造成断路器分合闸闭锁，此时要将电机电源及时切断，并在第一时间向汇报调度，经过批准后再用母联开关串把非故障出线断路器倒换至另一母线，用母联开关串取代故障断路器，将故障断路器切断，再检修故障断路器对应的母线即可。
3.2.2 隔离开关操作机构异常。在进行GIS设备隔离开关的常态操作时，如果无法进行电动操作，则要对控制回路电压、电机电压进行全面检查，是否存在过低或者失压等问题，如果存在过低或失压的现象则要立即恢复，并保证热继电器处于动作状态，如果热继电器动作则要启动热继电器复位按钮；出现无法电动操作的问题时转为手动操作，但要保证操作电源处于断开状态。如果手动也无法操作，母线侧隔离开关无法操作，则要第一时间上报调度，经过批准后采用上述液压操作机构异常的相同处理方法。
3.2.3 SF6气压降低或泄漏等问题。如果发生GIS设备SF6气体下降至报警值，则要由专业的检修人员进行气体补充；如果SF6气体降低至闭锁值，则要把操作电源及时切断，锁定操动机构，并用标示示意不得进行手动操作，然后再根据调度部门的指示隔离故障开关，再进行专业维修。如果发生SF6泄漏需要进行处理时，在接近设备时要谨慎，尽量选择从“上风”接近设备，必要时要戴防毒面具、穿防護服。
3.2.4 GIS罐体解体检修。在进行GIS罐体解体检修时，要注意先将SF6气体及时回收，SF6气体严禁排入大气中；解体检修时为保证GIS设备解体重装后SF6气体的含水量与相关标准要求相符，要求解体检修时环境湿度要低于70%以下；解体后重装要进行SF6气体的检漏试验，确保不会泄漏（试验方法就是将GIS罐体连接处用薄膜包裹严实，并对气室充气到额定压力，待6h后检查压力值有无降低并用检漏仪进入薄膜内检查有无泄漏）；GIS罐体更换后要进行耐压试验，试验时应该注意其外加试验电压与带电运行设备之间不得只通过一个刀闸断口来隔离，以防止反向电压叠加后击穿GIS设备；一般情况下，GIS解体后应该在当日内恢复重装。 4 500kV变电站GIS设备故障实例分析
4.1 故障一
某变电站室外GIS设备在整个交接试运行过程中均处于正常状态，但是投运后三个月发现变电站I母电流动互感器间隔气室中压力偏低，并且GIS设备监控系统也发出了报警信号，该气室的SF6压力信号正常状态下为0.45MPa，现降低至0.38MPa。维修人员先用专用的SF6气体检漏仪查找I母电流互感器气室可能存在的泄漏点，发现在I母电流互感器气室间隔中的U相气室管路安装连接部位发生泄漏，然后再对GIS设备其它气室压力进行检查，均可排除存在泄漏点的可能，因此可以判斷上述泄漏点即为问题所在。在充分分析GIS设备I母电流互感器气室的运行气压数据后，判定该部位发生气体泄漏的主要原因是由于在安装该连接部件过程中清洁不彻底，属于安装施工质量问题所导致的SF6气体泄漏故障。具体的故障排除方法如下：首先利用专业检修工具将泄漏点管路略微旋松，再利用GIS设备气室外气压差把SF6气体从管路安装部位冲出，将金属壳体处遗留的微尘冲走，直至该泄漏点部位的残余微尘被彻底清理干净，再马止将管路旋紧。旋紧管路后要及时对I母电流互感器进行补气，直至气压满足设计要求，并再次进行检查，排除泄漏问题。
4.2 故障二
某变电站GIS开关在转冷备用过程中，发现其C相内部存在持续放电的声音，并能从观察孔中观察到隔离开关室内部有明显的火花。经过全面检查可知，该隔离开关C相操作机构的内部齿轮组出现故障，所以隔离开关无法完全拉开；并且由于隔离开关另一侧的第一组滤波器处于运行状态，所以隔离开关的动触头与静触头之间还存在放电现象。针对这种情况维修时先拆下隔离开关的操动机构，手动操作过程中发现向隔离开关输出力矩的锥形齿轮出现故障，由于锥形齿轮带动轴传出隔离开关现场机械位置指示以及辅助接点信号，所以即使隔离开关未完全拉到位，但是机械位置指示与OWS上显示的信号也处于拉开到位的状态。针对这种情况，只需将故障齿轮组及动触头及时更换即可排除故障，经过试验后隔离开关恢复正常。
参考文献：
[1]刘强，500kV变电站GIS故障预防及相应故障分析[J].工程技术，2011（5）.
[2]孙冰冰、沈石，椹北变电站252kV GIS设备故障分析[J].科技技术应用，2010（9）.
[3]陈玉全，500kV变电站GIS设备运行维护[J].自动化应用，2010（9）.
[4]曲金秋，变电站GIS设备缺陷分析与防范[J].科技视界，2012（6）.
[5]朱润红，GIS在变电站的应用及运行维护[J].中国高新技术企业，2008（04）.
关键词： 变电站；GIS；故障分析；SF6
1 GIS设备简介
所谓GIS设备即为气体绝缘金属封闭开关设备，全称为六氟化硫全密闭式组合电器，该设备所有带电部分均为金属外壳，包括不锈钢、铝合金以及无磁铸铁等，内部则充盈SF6气体，其具备良好的灭弧与绝缘性能。具体的GIS设备结构如下图1所示：
上图中1对应的是设备汇控柜，2表示GIS设备的核心元件断路器，包括操动机构、开断装置、绝缘结构以及导电回路等，断路器开断过程中会有电弧产生，不过由于其内部充盈了SF6气体，所以电弧会迅速熄灭，并且会将GIS分解为对人体有害的气体，因此断路器中放置了吸附剂；3和4表示电流互感器、接地与隔离开关以及传动机构，其中电流互感器起到测量主回路电流的作用，接地与隔离开关的主要作用是在发生故障时将主电路迅速切断，防止短路导致GIS外壳发生爆炸；5为出线套管，6为避雷器，7为主母线。
2 GIS电器设备故障的预防
设备投产前的安装工作十分重要，会对设备后续的安全运行产生直接影响，因此要严格按照GIS设备安装施工规范以及厂家的安装程序来进行，完成安装后还要进行相关的检查与试验。具体而言，要做好以下几点：首先安装过程中要防止GIS管道内进入金属颗粒等杂质，管道连接时要对法兰口、螺丝孔以及螺丝等部位进行彻底清洁，如果管道临时打开，则要用干净的塑料薄膜覆盖住。其次，每个独立隔室安装完成后均要及时抽真空，然后将合格的SF6气体充入其中静置48h，最后测量气体湿度。湿度要满足以下要求：有电弧分解的隔室体积比低于150，无电弧分解的隔室体积比低于500。最后，在投产前要对GIS设备进行现场耐夺试验，根据相关标准规定，试验电压为出厂试验电压的80%；还要对主回路的导电电阻进行测量，对各隔室的密度继电器或者压力表进行校验，检查联锁回路，保证隔离开关的手动电动操作、断路器的操作试验与相关要求相符。
3 GIS设备的故障分析与处理
3.1 断路器故障分析
3.1.1 拒绝合闸处理。断路器拒绝合闸的主要原因及处理方法如下：首先，如果由于断路器操作电源断电，则要检查断路器操作电源是否处于空开或者熔丝状态，是的话则要试合空开或者更换熔丝，还要对汇控柜内的开关进行检查，保证其处于远方位置；其次，如果由于控制回路的原因，则要对控制回路易出现故障的位置进行重点检查，针对二次回路的问题，通常要由专业人员处理；再次，如果由于弹簧机构未储能导致断路器拒绝合闸，则要检查电源是否完好，如果机构出现问题也要进行专业处理；最后，如果断路器的SF6压力降低会导致开关闭锁，此时需要将断路器操作电源断开，申请停用重合闸，再进行专业处理。
3.1.2 拒绝分闸处理。断路器出现拒绝分闸处理的主要原因如下：首先分闸电源如果处于断电状态，则要对断路器的操作电源进行检查，如果由于操作电源空开或者熔丝熔断，则要试合空开或者更换熔丝，同样要检查汇控柜内的开关状态；其次，如果控制回路发生故障，要对分闸线圈、分相操作箱继电器以及断路器控制把手进行重点检查，然后进行专业处理；再次，如果断路器辅助接点转换不良，或者汇控柜内远方/就地把手辅助接点接触不良，则要进行专业处理；最后，如果断路器SF6压力降低闭锁开关，则要断开断路器操作电源空开，申请停用重合闸，汇报调度，经过批准后再用母联串代故障断路器，把非故障出线断路器倒换至另一母线，将故障断路器切断，再针对故障断路器对应的母线进行检修。
3.2 GIS断路器操作机构异常
3.2.1 液压操作机构异常。如果出现液压机构无油位或者严重漏油等问题，会造成断路器分合闸闭锁，此时要将电机电源及时切断，并在第一时间向汇报调度，经过批准后再用母联开关串把非故障出线断路器倒换至另一母线，用母联开关串取代故障断路器，将故障断路器切断，再检修故障断路器对应的母线即可。
3.2.2 隔离开关操作机构异常。在进行GIS设备隔离开关的常态操作时，如果无法进行电动操作，则要对控制回路电压、电机电压进行全面检查，是否存在过低或者失压等问题，如果存在过低或失压的现象则要立即恢复，并保证热继电器处于动作状态，如果热继电器动作则要启动热继电器复位按钮；出现无法电动操作的问题时转为手动操作，但要保证操作电源处于断开状态。如果手动也无法操作，母线侧隔离开关无法操作，则要第一时间上报调度，经过批准后采用上述液压操作机构异常的相同处理方法。
3.2.3 SF6气压降低或泄漏等问题。如果发生GIS设备SF6气体下降至报警值，则要由专业的检修人员进行气体补充；如果SF6气体降低至闭锁值，则要把操作电源及时切断，锁定操动机构，并用标示示意不得进行手动操作，然后再根据调度部门的指示隔离故障开关，再进行专业维修。如果发生SF6泄漏需要进行处理时，在接近设备时要谨慎，尽量选择从“上风”接近设备，必要时要戴防毒面具、穿防護服。
3.2.4 GIS罐体解体检修。在进行GIS罐体解体检修时，要注意先将SF6气体及时回收，SF6气体严禁排入大气中；解体检修时为保证GIS设备解体重装后SF6气体的含水量与相关标准要求相符，要求解体检修时环境湿度要低于70%以下；解体后重装要进行SF6气体的检漏试验，确保不会泄漏（试验方法就是将GIS罐体连接处用薄膜包裹严实，并对气室充气到额定压力，待6h后检查压力值有无降低并用检漏仪进入薄膜内检查有无泄漏）；GIS罐体更换后要进行耐压试验，试验时应该注意其外加试验电压与带电运行设备之间不得只通过一个刀闸断口来隔离，以防止反向电压叠加后击穿GIS设备；一般情况下，GIS解体后应该在当日内恢复重装。 4 500kV变电站GIS设备故障实例分析
4.1 故障一
某变电站室外GIS设备在整个交接试运行过程中均处于正常状态，但是投运后三个月发现变电站I母电流动互感器间隔气室中压力偏低，并且GIS设备监控系统也发出了报警信号，该气室的SF6压力信号正常状态下为0.45MPa，现降低至0.38MPa。维修人员先用专用的SF6气体检漏仪查找I母电流互感器气室可能存在的泄漏点，发现在I母电流互感器气室间隔中的U相气室管路安装连接部位发生泄漏，然后再对GIS设备其它气室压力进行检查，均可排除存在泄漏点的可能，因此可以判斷上述泄漏点即为问题所在。在充分分析GIS设备I母电流互感器气室的运行气压数据后，判定该部位发生气体泄漏的主要原因是由于在安装该连接部件过程中清洁不彻底，属于安装施工质量问题所导致的SF6气体泄漏故障。具体的故障排除方法如下：首先利用专业检修工具将泄漏点管路略微旋松，再利用GIS设备气室外气压差把SF6气体从管路安装部位冲出，将金属壳体处遗留的微尘冲走，直至该泄漏点部位的残余微尘被彻底清理干净，再马止将管路旋紧。旋紧管路后要及时对I母电流互感器进行补气，直至气压满足设计要求，并再次进行检查，排除泄漏问题。
4.2 故障二
某变电站GIS开关在转冷备用过程中，发现其C相内部存在持续放电的声音，并能从观察孔中观察到隔离开关室内部有明显的火花。经过全面检查可知，该隔离开关C相操作机构的内部齿轮组出现故障，所以隔离开关无法完全拉开；并且由于隔离开关另一侧的第一组滤波器处于运行状态，所以隔离开关的动触头与静触头之间还存在放电现象。针对这种情况维修时先拆下隔离开关的操动机构，手动操作过程中发现向隔离开关输出力矩的锥形齿轮出现故障，由于锥形齿轮带动轴传出隔离开关现场机械位置指示以及辅助接点信号，所以即使隔离开关未完全拉到位，但是机械位置指示与OWS上显示的信号也处于拉开到位的状态。针对这种情况，只需将故障齿轮组及动触头及时更换即可排除故障，经过试验后隔离开关恢复正常。
参考文献：
[1]刘强，500kV变电站GIS故障预防及相应故障分析[J].工程技术，2011（5）.
[2]孙冰冰、沈石，椹北变电站252kV GIS设备故障分析[J].科技技术应用，2010（9）.
[3]陈玉全，500kV变电站GIS设备运行维护[J].自动化应用，2010（9）.
[4]曲金秋，变电站GIS设备缺陷分析与防范[J].科技视界，2012（6）.
[5]朱润红，GIS在变电站的应用及运行维护[J].中国高新技术企业，2008（04）.