SF6气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated Switchgear，即GIS），是指全部或部分采用气体而不采用大气压下的空气作为绝缘介质的金属封闭开关设备。GIS是变电站的重要组成部分，具有占地面积小、元件全部封闭、不受环境干扰、可靠性高、运行方便、检修周期长、维护工作量少、安装迅速、运行费用低等优点，得到了广泛应用。

虽然有着诸多优点，但因其内部场强高，GIS设备在制造、装备及运行过程中造成的一些细微的隐患都有可能导致故障发生，一旦GIS设备发生故障，将会带来停电面积大，停电时间长，维修费用高等一系列严重后果。

GIS设备投运后，因其独特的全密封结构，无法对其内部的缺陷进行直观判断，极大的提高了故障点、故障类型的定位难度，不利于检修工作的顺利开展。因此GIS发生故障时，如何采取有效的检测手段和检测方法进行原因分析、准确定位、故障处理，对缩短GIS维修时间，减小影响面积，确保电网安全稳定运行至关重要。

长期以来，预防性试验是检测设备运行状况的传统方法，对设备的健康状况起到一定的诊断作用。但是，随着电气设备向高电压、大容量、智能化、紧凑化方向发展，预防性试验的弊端也愈发明显，主要体现为：

（1）设备需停电，预防性试验一般按照固定周期进行，试验时设备需停电，而大多数情况下，设备状态情况良好，因此停电后影响电网运行的可靠性；

（2）预防性试验通常在较低电压（小于10kV）下进行，难以模拟设备运行电压下的状况，因此，试验数据具有一定的局限性，不能真实反映设备的运行状况；

（3）对于GIS设备，由于其内部元件都密封在筒体内，停电试验时无法进行接线，即无法检测设备的运行状况。

鉴于此，目前国内较多单位开展了带电检测工作，如GIS气体组份、超声波、特高频局放测试、红外测温、振动检测等，且具有较高的灵敏度和精确度，能够及早发现电气设备的异常及缺陷情况，因此，带电检测技术是开展设备状态检修的主要手段和趋势。

本文结合一起500kV GIS设备异响缺陷，分析了可能存在异响的原因，并通过综合运用超声波检测、SF6气体组分测试、红外测温以及振动测试等多种带电检测手段，对可能引起异响的原因进行排查分析，最后通过解体检查得出产生振动的原因，从而达到有效指导解体后的检修、确保现场快速进行故障处理、减少检修时间的目的。

1异响发生过程

山东地区某500kV变电站内运行人员在一次全站巡视时发现500kV GIS Ⅱ母A相端头部位筒体有异响现象，出现持续不断的“嗡嗡”声，触摸时有振动感，具体位置如图1所示。运行人员通过一个多月的跟踪观察，发现异音略有放大，振动感也逐渐增强。

图1 现场图片

2异响原因排查及分析

2.1可能造成异响的原因

根据相关设计理论以及工程设计经验，结合该变电站GIS设备的具体情况，技术人员初步分析总结了可能造成异响的原因，主要包括以下几种：

（1）异响处筒体紧固螺栓、支撑紧固螺栓等未完全紧固，存在振动现象。

（2）筒体接地线未牢固连接，通过入地电流时接地线振动产生异响。

（3）设备内部存在局部放电。

（4）异响部位内部零部件松动，振动产生异响。

（5）可能存在螺栓未完全紧固的情况，导致导电杆固有频率变化，接近100Hz，此时在频率为100Hz的电动力作用下，产生共振现象，通过盆式绝缘子、支柱绝缘子等结构传递至筒体，使筒体也产生频率为100Hz的振动，造成异响。

（6）相邻部位设备内部存在零部件松动或振动现象，振动产生的声响在气体腔内产生共鸣，在端部达到最大。

2.2现场检测分析

为进一步确定异响原因，技术人员对异响可能存在的部位利用了力矩校核、带电测试、振动测试等方法进行检测，并对检测结果进行分析。

2.2.1螺栓力矩校核

技术人员现场对异响处筒体的紧固螺栓进行了力矩校验，经确认，相关螺栓均已按照要求力矩紧固，接地线均可靠连接，故可排除上述可能性中的（1）和（2）项。

2.2.2带电测试

GIS内部有缺陷通常会改变其电场强度分布，从而伴随局部放电现象。局部放电是一种脉冲放电，会在设备内部和周围空间产生一系列的光、声、电气和机械振动等物理现象和化学变化，可以为带电检测设备内部绝缘状态提供检测信号。

（1）超声波局放测量

GIS发生局部放电时会产生超声波脉冲传到外壳引起外壳机械振动，利用便携式超声局放测量仪收集、分析超声波信号可以判断缺陷类型。

在连续检测模式下，对异响部位及相邻部位进行巡查。巡查时发现异响三通筒体处显示异常，测量结果如图2所示。

图2 连续模式测量结果

从图中可以看出，测试信号的有效值约为20mV，周期内峰值约为110mV，50Hz频率分量为0.6mV, 100Hz频率分量为1mV。

相位模式下，测量结果如图3所示。

图3相位模式下测量结果

从图3中可以看出，在相位模式下，检测图谱呈多条竖线并在180度左右两侧均匀分布，信号有规律重复但无频率相关性，符合机械振动的特点。

（2）SF6气体组分测试

用SF6气体成分分析仪测量该处气室内气体成分，测量结果显示该气室气体纯度为99.98%，CO、SO2、HF等气体含量均为0。

研究结果表明：在GIS设备中发生尖端放电、悬浮放电、沿面放电三种类型中均会产生CO、SO2与HF气体。通过分析上述分解气体组分，可以分析判断该设备不存在尖端放电、悬浮放电、沿面放电等现象。

（3）红外测温测试

技术人员对振动部位的筒体进行红外测温，温度范围在32~34℃之间，与其余部分进行对比无异常。

综上所述三种带电检测可以判断，设备不存在绝缘件局放、尖端放电、异物等现象，排除上述可能性中的（3）项。

2.2.3筒体振动测试

振动分析仪可以通过传感器测得设备各个不同位置的位移距离，判断其振幅大小及振动频率，有不受电磁干扰的优点。

为了准确测量出设备不同位置的振动情况，找出振源，使用振动分析仪对图4中的8个测点进行了测量，结果如表1所示。图5、图6分别为振动位移最大和最小处波形。

图4 测点布置图

表1 振动测试结果

图5 测点3（测量位移最大处）波形图

图6 测点8（测量位移最小处）波形图

通过筒体振动情况的测量结果显示，II母A相端部（测点3）处振动幅值最大，相邻母线的振动幅值呈递减趋势，隔离开关动端（测点1）及相邻母线（测点8）处振动幅值很小；可见异响部位筒体存在振动，最大幅值谱对应的频率分别为300Hz、500Hz、600Hz、1700Hz，不存在100Hz的频率，同时振动幅值很小（最大55.7μm），可以排除共振现象，即导电杆不存在100Hz附近的固有频率。

设备Ⅱ母A相端头处存在异常声响，本站共有六处相同结构，其余五处均无声响，因此导电杆的结构设计是合理的，从而排除上述可能性中的（5）和（6）项。

2.3故障原因分析

通过上述检测数据及分析结果，技术人员发现：在可能造成异响的原因中，只有第（4）项符合条件，因此可以确定造成缺陷的原因是内部零部件存在松动，并由振动产生异响。为进一步提高对异响部位的定位精度，对检测到有异响信号的部位进行剖面分析，如图7所示。

图7 异响部位内部结构

通过图中可以看出，引起振动的部位可能有螺纹质量不过关，螺栓未起到应有的紧固作用，造成松动的屏蔽罩及螺栓在操作、电动力冲击下发生振动导致变形损坏。

2.4解体检查

根据上述故障原因排查，以及定位判断，相关单位对设备展开解体检修。

2.4.1检查部位

解体检查#2母A 相端头上下端屏蔽罩，检查部位如图8、图9所示。

图8 检查部位

图9 屏蔽罩处结构图

2.4.2发现问题

解体后检查发现，在下端屏蔽过渡块上的M16 钢丝螺套尾端丝扣损坏，螺栓拆掉后端部螺纹损坏，拆出屏蔽和过渡块后，在外部恢复此处螺栓装配发现螺栓端头被钢丝螺套顶住，螺栓无法进行有效的紧固，如图10、图11所示。

若不及时处理将造成悬浮电位而引发火花放电，屏蔽罩及螺栓变位甚至脱落，改变GIS内部场强分部，致使GIS绝缘强度降低，引发绝缘击穿等严重事故。其他部位在检查时未发现异常，与故障分析得到的结论相符。

图10 屏蔽罩螺纹

图11 屏蔽罩螺栓

3 缺陷处理和反事故措施

3.1处理措施

设备解体后，技术人员更换了屏蔽罩和平、弹垫圈，重新按力矩要求对螺栓紧固，恢复装配，并逐一检查了解体筒体内螺栓紧固部位的力矩情况，确保所有连接部位可靠紧固，螺栓无类似缺陷。

3.2反事故措施

制造单位应提高设备的生产工艺、制造技术，严格执行出厂试验规程要求，从根源上杜绝安全隐患。

安装单位应严格把关安装零部件质量，控制装配过程中的水分、杂质及灰尘，提高安装工艺和安装技术水平，完成安装后还要进行相关的检查与试验。

对设备运维单位而言，由于大部分绝缘故障是由缺陷逐渐积累发展而来，从带缺陷运行到最终绝缘击穿导致故障有一个较长的发展过程，所以运行中应加强巡视，定期检测，利用带电检测技术和在线监测装置对GIS运行情况严格把关，尽早发现缺陷，防止故障进一步扩大。同时，科研单位应不断倡导GIS故障检测的新技术和新方法，提高对设备故障的诊断精度和定位精度，提升GIS故障排查效率，缩短故障检测和排除的时间。

4 结语

本文提出了一起500kV GIS设备异响现象及其分析处理的实例。通过运行中的日常巡视及时发现了设备的异响现象，通过利用力矩校验、超声波局放检测、红外测温以及振动测试等带电检测手段进行分析排查，排除了设计缺陷、施工工艺以及内部放电等可能引起异响的原因，确定了GIS内部零部件松动是引起异响的主要原因，并对异响部位进行了精确定位，现场解体后验证了结论的正确性，从而有效指导了设备解体后的检修，缩短了检修时间，避免了缺陷的进一步发展，并进一步积累了GIS设备带电检测经验。

本文编自《电气技术》，论文标题为“一起500kV GIS异响缺陷的检测分析与处理”，作者为吴迪、陈仁刚 等。