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1、7 GIS和高压断路器的故障诊断,7.1 概述,一、什么是GIS1、以SF6作绝缘介质的气体绝缘金属封闭开关设备简称GIS。是将断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接管和过渡元件（如电缆头、空气套管和油套管）全封闭在一个接地的金属外壳内，壳内充以SF6气体作为绝缘和灭弧介质。2、GIS优越性GIS的尺寸比常规电气设备小得多缩短建设工期而且可以避免水雾对设备得影响从而提高设备运行得可靠性。,占地面积和空间少,安装方便,3、劣势（1）所有设备完全封闭，不能发现故障的早期症状（2）设备之间距离紧凑，易于互相影响，导致故障扩大（3）故障定位较难进行，增加处理故障的困难度及时间,二、GI
2、S监测的主要内容绝缘特性断路器的动作特性接地故障导体发热气体参数,7.2、高压断路器的监测,1kV及以上电力系统中使用的断路器为高压断路器，是电力系统中最重要的控制设备和保护设备。高压断路器在电网中作用有二：1、控制作用根据电网运行需要，用高压断路器把一部分电力设备或线路投入或退出运行2、保护作用可以在电力线路或设备发生故障时将故障部分从电网快速切除，保证电网中的无故障部分正常运行,发电机断路器、输电断路器、配电断路器和控制断路器按灭弧原理有SF6断路器、真空断路器和少油断路器等两种结构：绝缘支柱式和落地罐式,落地罐式断路器结构图,开断元件,接地外壳,操动机构,绝缘套管,7.2、高压断路器的监
3、测,机械性故障 70.3%拒分、拒合和误动作 46%一、主要监测内容1、断路器和操动机构机械特性的监测合分闸线圈电流，根据电流波形掌握机械操作系统情况行程监测，得出操作速度和时间：如采用直线式行程传感器安装在操动机构的直线运动的连杆上测量操作动触头的运动信号振动信号监测,变电所中对负荷的停、送电的操作，关键的设备是高压断路器 1、高压断路器无法正常合闸送电，此现象称为高压断路器开关的拒合现象，此现象在事故现场中经常出现。2、高压断路器无法正常分闸停电，此现象称为高压断路器的拒跳现象，在现场事故处理中，此现象较普遍存在。,2、合分闸线圈回路通路监测将合分闸线圈电路用高值电阻与电源连接，根据电路中
4、的电流判断线圈回路是否有断路3、操动机构的储压系统压力监测和电动机启动时间间隔及转动时间监测4、灭弧室和灭弧触头电磨损监测分断电流累计值或加权分段累计间接估计电磨损程度,触头受电弧作用时的物理化学现象,5、绝缘监测：局部放电的监测6、断路器主触头及导电部分监测壳体温升的监测，壳体振动和监测适用于有接地外壳暂时性状态监测技术即断路器暂时退出运行处于离线状态，但不需将断路器解体，运用体外检测技术来诊断其内部状态1、分合过程中壳体或外壳机械振动的检测2、动态回路电阻的检测，从而监测触头磨损情况3、液压机构低速驱动时的驱动力的监测,7.3 高压断路器机械故障的监测和诊断,一、断路器合闸、分闸线圈电流监
5、测分合闸线圈电流是表征断路器操作机构动作性能的关键特征，电流波形中蕴含丰富的信息。断路器操作的第一级控制元件为电磁铁,铁心,线圈,衔铁,1、铁心触动阶段T0T1时间段，T0为断路器分（或合）命令到达时刻，是计时起点T1为线圈中电流、磁通上升到足以驱动铁心运动，即铁心开始移动的时刻2、铁心运动阶段T1T2阶段，铁心在电磁力作用下，克服了重力、弹簧力等阻力，开始加速运动，直到铁心上端面撞到支持部分停止运动为止,3、触头分、合闸阶段T2T3阶段，铁心已停止运动该阶段可反映操作传动系统运动情况T2为铁心停止运动时刻，T3为断路器辅助接点切断时刻4、电流切断阶段T3时刻，辅助接点切断后随之开关K断开，触
6、头间产生电弧并被拉长，电流迅速减小到零直至熄灭。,总结：分析i的波形和不同时刻及对应的电流等特征值可以计算出铁心启动时间、铁心运动时间、线圈通电时间等参数，得出操动机构的工作状态从而预告故障的前兆I1、I2、I3电流值反映电源电压、线圈电阻及电磁铁铁心运动的速度信息。电流有两个峰值和一个谷值点。,二、断路器操动机构行程及速度的监测操动机构直线式行程传感器安装在操动机构的直线运动的连杆上旋转式光电编码器安装在断路器或操动机构的转动轴上通过传感器测量分合闸操作动触头的运动信号根据测得得行程曲线可以计算动触头分（合闸）操作的运动时间、动触头行程、动触头运动的平均速度等。,断路器合闸操作过程特性曲线,
7、断路器分闸操作过程特性曲线,三、断路器振动信号监测高压断路器分合闸操作过程中，机构部件的运动和撞击都会引起振动响应，所以监测外部振动信号，可以进行高压断路器机械状态监测（局部放电也会产生振动信号）振动幅值与冲击作用力大小成正比，振动频率及衰减时间常数与高压断路器机械结构有关选择合适的测试位置和传感器的安装方向非常重要时域分析法和频域分析法,加速度,触头行程,线圈电流,7.3 GIS绝缘故障的监测与诊断,GIS绝缘故障原因1、固体绝缘材料如环氧树脂的浇铸件内部缺陷损伤造成2、由于制造工艺不良、触头烧损等引起的放电3、高压导体表面的突出物引发的电晕放电4、触头接触不良、金属屏蔽罩固定处接触不良造成
8、浮电位而引发重复的火花放电,局放源：自由移动的金属微粒针尖状突出物由于制造原因在绝缘表面上可能存在固定的微粒附近存在悬浮电位体或导体间连接点接触不好,GIS局部放电产生的物理化学变化1、接地线上流过高频电流，外壳上和周围产生电磁波2、在气体中产生超声波3、金属外壳中产生机械振动（由声波引起的）4、使SF6气体分解,GIS局部放电监测,一、局放监测方法1、电气法GIS所有元件密封在外壳内，只能看到连接套管，或者从窥视窗里看到隔离开关的触头和引线相比较电机变压器中直接测量外壳接地线上脉冲电流，GIS不宜用外复电极法：外壳上敷上绝缘薄膜与金属电极以形成耦合电容内部电极法：在法兰内部加装金属电极与外壳
9、形成耦合电容拾取信号,2、声测法气体中传播为纵波参照变压器声测法3、特高频监测二、电量标定和故障位置确定四、干扰的抑制措施,故障诊断不同放电类型局放信号特征：（1）针状突出物放电显示为负峰值上有间歇性的低脉冲，约0.51 pC。电压升高时放电趋于稳定，同时在正半周上偶尔出现脉冲（2）自由金属微粒自由金属微粒的跳跃与工频和相位无关，其产生的是一种完全随机模式的脉冲。（3）悬浮电位体GIS中元件的电容值一般都很大，附近存在悬浮电位体时，产生的放电量较大，在正负半周有信号发生,SF6气体特性的监测,GIS内部充有一定压力的SF6气体，SF6气体为主要的绝缘介质和灭弧介质SF6气体灭弧过程中由于电弧作
10、用会产生分解气体，其分解过程与电极材料、电弧能量、水分、氧气和设备中绝缘材料有关。分解的气体有的有毒或有腐蚀性可使用吸附剂吸附水分和气体,SF6气体绝缘设备的气体年泄漏量规定一般不得大于1。SF6虽是无毒、惰性、不可燃的气体，但其泄漏会引起环境的污染，所以一般GIS内都装有通风设备。GIS室内部SF6浓度不能太高，否则会使进入工作人员缺氧窒息而死。例如：加拿大曾在750平方米的密闭房间中进行了SF6气体绝缘母线铝外壳的电弧烧穿试验，烧穿后固态分解物粉尘浓度在5分钟之后为每立方米10毫克，这时空气中含氧量不能满足安全要求。,1、气体所含水分的监测2、气体泄漏监测3、气体杂质监测,气体杂质的处理：
11、清理气室、干燥处理气室、使用吸附剂、安装过滤器等,一、气体泄漏的监测抽真空检漏：先将设备抽真空至133Pa，继续抽真空30分钟以上，然后观察30分钟后读取真空度，再静观5小时后读取真空度，如果两者之差小于67Pa，认为密封性良好。发泡液检漏：能较准确的发现泄漏点。将发泡液涂在被检测部位，如果起泡即表明该处漏气，起泡越多，漏气严重。能发现漏气率为0.1ml/min的漏气部位。根据压力减小来监测：用精密压力表测量气体压力，隔数天或者数十天进行复测，,体外监测：挂瓶法，局部包扎法，扣罩法（包扎时间、扣罩时间为24小时）非接触监测：气体检漏仪（紫外线电离型、激光摄像机等）,二、含水量的监测表示气体含水
12、量的物理量：绝对湿度、相对湿度、体积浓度、露点温度等1、电解法将被试气体导入电解池，气体中的水分即被吸收并电解，根据电解水分所需电量与水分量之间的关系求出气体中的含水量。,2、质量法根据无水高氯酸镁或者五氧化二磷吸收一定量气体中的水分后，由其增重来计算该气体重的含水量3、露点法运用液氮作为制冷源，使测量系统中金属镜面温度不断降低，当气体中的水蒸气随着镜面温度逐渐降低而达到饱和时，镜面上开始出现露，这时的镜面温度就是露点。再根据露点值确定气体含水量。,4、电容法将铝片用化学方法生成一层薄而多孔的氧化铝，在氧化铝上镀金，构成电容器的两极，多孔氧化铝容易吸收水分，使电容发生变化，根据电容的变化即可知道气体的含水量。5、吸附热量法根据吸附剂吸附与脱附水分时的热效应，通过热敏电阻阻值变化来测定气相色谱分析法、压电石英振荡法等,小结,高压断路器的分合闸线圈电流监测高压断路器振动信号监测GIS局部放电监测,
