SF6氣體絕緣金屬封閉開關設備（Gas Insulated Switchgear，即GIS），是指全部或部分采用氣體而不采用大氣壓下的空氣作為絕緣介質的金屬封閉開關設備。GIS是變電站的重要組成部分，具有占地面積小、元件全部封閉、不受環境干擾、可靠性高、運行方便、檢修周期長、維護工作量少、安裝迅速、運行費用低等優點，得到了廣泛應用。

雖然有著諸多優點，但因其內部場強高，GIS設備在制造、裝備及運行過程中造成的一些細微的隱患都有可能導致故障發生，一旦GIS設備發生故障，將會帶來停電面積大，停電時間長，維修費用高等一系列嚴重后果。

GIS設備投運后，因其獨特的全密封結構，無法對其內部的缺陷進行直觀判斷，極大的提高了故障點、故障類型的定位難度，不利于檢修工作的順利開展。因此GIS發生故障時，如何采取有效的檢測手段和檢測方法進行原因分析、準確定位、故障處理，對縮短GIS維修時間，減小影響面積，確保電網安全穩定運行至關重要。

長期以來，預防性試驗是檢測設備運行狀況的傳統方法，對設備的健康狀況起到一定的診斷作用。但是，隨著電氣設備向高電壓、大容量、智能化、緊湊化方向發展，預防性試驗的弊端也愈發明顯，主要體現為：

（1）設備需停電，預防性試驗一般按照固定周期進行，試驗時設備需停電，而大多數情況下，設備狀態情況良好，因此停電后影響電網運行的可靠性；

（2）預防性試驗通常在較低電壓（小于10kV）下進行，難以模擬設備運行電壓下的狀況，因此，試驗數據具有一定的局限性，不能真實反映設備的運行狀況；

（3）對于GIS設備，由于其內部元件都密封在筒體內，停電試驗時無法進行接線，即無法檢測設備的運行狀況。

鑒于此，目前國內較多單位開展了帶電檢測工作，如GIS氣體組份、超聲波、特高頻局放測試、紅外測溫、振動檢測等，且具有較高的靈敏度和精確度，能夠及早發現電氣設備的異常及缺陷情況，因此，帶電檢測技術是開展設備狀態檢修的主要手段和趨勢。

本文結合一起500kV GIS設備異響缺陷，分析了可能存在異響的原因，并通過綜合運用超聲波檢測、SF6氣體組分測試、紅外測溫以及振動測試等多種帶電檢測手段，對可能引起異響的原因進行排查分析，最后通過解體檢查得出產生振動的原因，從而達到有效指導解體后的檢修、確保現場快速進行故障處理、減少檢修時間的目的。

1異響發生過程

山東地區某500kV變電站內運行人員在一次全站巡視時發現500kV GIS Ⅱ母A相端頭部位筒體有異響現象，出現持續不斷的“嗡嗡”聲，觸摸時有振動感，具體位置如圖1所示。運行人員通過一個多月的跟蹤觀察，發現異音略有放大，振動感也逐漸增強。

圖1 現場圖片

2異響原因排查及分析

2.1可能造成異響的原因

根據相關設計理論以及工程設計經驗，結合該變電站GIS設備的具體情況，技術人員初步分析總結了可能造成異響的原因，主要包括以下幾種：

（1）異響處筒體緊固螺栓、支撐緊固螺栓等未完全緊固，存在振動現象。

（2）筒體接地線未牢固連接，通過入地電流時接地線振動產生異響。

（3）設備內部存在局部放電。

（4）異響部位內部零部件松動，振動產生異響。

（5）可能存在螺栓未完全緊固的情況，導致導電桿固有頻率變化，接近100Hz，此時在頻率為100Hz的電動力作用下，產生共振現象，通過盆式絕緣子、支柱絕緣子等結構傳遞至筒體，使筒體也產生頻率為100Hz的振動，造成異響。

（6）相鄰部位設備內部存在零部件松動或振動現象，振動產生的聲響在氣體腔內產生共鳴，在端部達到最大。

2.2現場檢測分析

為進一步確定異響原因，技術人員對異響可能存在的部位利用了力矩校核、帶電測試、振動測試等方法進行檢測，并對檢測結果進行分析。

2.2.1螺栓力矩校核

技術人員現場對異響處筒體的緊固螺栓進行了力矩校驗，經確認，相關螺栓均已按照要求力矩緊固，接地線均可靠連接，故可排除上述可能性中的（1）和（2）項。

2.2.2帶電測試

GIS內部有缺陷通常會改變其電場強度分布，從而伴隨局部放電現象。局部放電是一種脈沖放電，會在設備內部和周圍空間產生一系列的光、聲、電氣和機械振動等物理現象和化學變化，可以為帶電檢測設備內部絕緣狀態提供檢測信號。

（1）超聲波局放測量

GIS發生局部放電時會產生超聲波脈沖傳到外殼引起外殼機械振動，利用便攜式超聲局放測量儀收集、分析超聲波信號可以判斷缺陷類型。

在連續檢測模式下，對異響部位及相鄰部位進行巡查。巡查時發現異響三通筒體處顯示異常，測量結果如圖2所示。

圖2 連續模式測量結果

從圖中可以看出，測試信號的有效值約為20mV，周期內峰值約為110mV，50Hz頻率分量為0.6mV, 100Hz頻率分量為1mV。

相位模式下，測量結果如圖3所示。

圖3相位模式下測量結果

從圖3中可以看出，在相位模式下，檢測圖譜呈多條豎線并在180度左右兩側均勻分布，信號有規律重復但無頻率相關性，符合機械振動的特點。

（2）SF6氣體組分測試

用SF6氣體成分分析儀測量該處氣室內氣體成分，測量結果顯示該氣室氣體純度為99.98%，CO、SO2、HF等氣體含量均為0。

研究結果表明：在GIS設備中發生尖端放電、懸浮放電、沿面放電三種類型中均會產生CO、SO2與HF氣體。通過分析上述分解氣體組分，可以分析判斷該設備不存在尖端放電、懸浮放電、沿面放電等現象。

（3）紅外測溫測試

技術人員對振動部位的筒體進行紅外測溫，溫度范圍在32~34℃之間，與其余部分進行對比無異常。

綜上所述三種帶電檢測可以判斷，設備不存在絕緣件局放、尖端放電、異物等現象，排除上述可能性中的（3）項。

2.2.3筒體振動測試

振動分析儀可以通過傳感器測得設備各個不同位置的位移距離，判斷其振幅大小及振動頻率，有不受電磁干擾的優點。

為了準確測量出設備不同位置的振動情況，找出振源，使用振動分析儀對圖4中的8個測點進行了測量，結果如表1所示。圖5、圖6分別為振動位移最大和最小處波形。

圖4 測點布置圖

表1 振動測試結果

圖5 測點3（測量位移最大處）波形圖

圖6 測點8（測量位移最小處）波形圖

通過筒體振動情況的測量結果顯示，II母A相端部（測點3）處振動幅值最大，相鄰母線的振動幅值呈遞減趨勢，隔離開關動端（測點1）及相鄰母線（測點8）處振動幅值很小；可見異響部位筒體存在振動，最大幅值譜對應的頻率分別為300Hz、500Hz、600Hz、1700Hz，不存在100Hz的頻率，同時振動幅值很小（最大55.7μm），可以排除共振現象，即導電桿不存在100Hz附近的固有頻率。

設備Ⅱ母A相端頭處存在異常聲響，本站共有六處相同結構，其余五處均無聲響，因此導電桿的結構設計是合理的，從而排除上述可能性中的（5）和（6）項。

2.3故障原因分析

通過上述檢測數據及分析結果，技術人員發現：在可能造成異響的原因中，只有第（4）項符合條件，因此可以確定造成缺陷的原因是內部零部件存在松動，并由振動產生異響。為進一步提高對異響部位的定位精度，對檢測到有異響信號的部位進行剖面分析，如圖7所示。

圖7 異響部位內部結構

通過圖中可以看出，引起振動的部位可能有螺紋質量不過關，螺栓未起到應有的緊固作用，造成松動的屏蔽罩及螺栓在操作、電動力沖擊下發生振動導致變形損壞。

2.4解體檢查

根據上述故障原因排查，以及定位判斷，相關單位對設備展開解體檢修。

2.4.1檢查部位

解體檢查#2母A 相端頭上下端屏蔽罩，檢查部位如圖8、圖9所示。

圖8 檢查部位

圖9 屏蔽罩處結構圖

2.4.2發現問題

解體后檢查發現，在下端屏蔽過渡塊上的M16 鋼絲螺套尾端絲扣損壞，螺栓拆掉后端部螺紋損壞，拆出屏蔽和過渡塊后，在外部恢復此處螺栓裝配發現螺栓端頭被鋼絲螺套頂住，螺栓無法進行有效的緊固，如圖10、圖11所示。

若不及時處理將造成懸浮電位而引發火花放電，屏蔽罩及螺栓變位甚至脫落，改變GIS內部場強分部，致使GIS絕緣強度降低，引發絕緣擊穿等嚴重事故。其他部位在檢查時未發現異常，與故障分析得到的結論相符。

圖10 屏蔽罩螺紋

圖11 屏蔽罩螺栓

3 缺陷處理和反事故措施

3.1處理措施

設備解體后，技術人員更換了屏蔽罩和平、彈墊圈，重新按力矩要求對螺栓緊固，恢復裝配，并逐一檢查了解體筒體內螺栓緊固部位的力矩情況，確保所有連接部位可靠緊固，螺栓無類似缺陷。

3.2反事故措施

制造單位應提高設備的生產工藝、制造技術，嚴格執行出廠試驗規程要求，從根源上杜絕安全隱患。

安裝單位應嚴格把關安裝零部件質量，控制裝配過程中的水分、雜質及灰塵，提高安裝工藝和安裝技術水平，完成安裝后還要進行相關的檢查與試驗。

對設備運維單位而言，由于大部分絕緣故障是由缺陷逐漸積累發展而來，從帶缺陷運行到最終絕緣擊穿導致故障有一個較長的發展過程，所以運行中應加強巡視，定期檢測，利用帶電檢測技術和在線監測裝置對GIS運行情況嚴格把關，盡早發現缺陷，防止故障進一步擴大。同時，科研單位應不斷倡導GIS故障檢測的新技術和新方法，提高對設備故障的診斷精度和定位精度，提升GIS故障排查效率，縮短故障檢測和排除的時間。

4 結語

本文提出了一起500kV GIS設備異響現象及其分析處理的實例。通過運行中的日常巡視及時發現了設備的異響現象，通過利用力矩校驗、超聲波局放檢測、紅外測溫以及振動測試等帶電檢測手段進行分析排查，排除了設計缺陷、施工工藝以及內部放電等可能引起異響的原因，確定了GIS內部零部件松動是引起異響的主要原因，并對異響部位進行了精確定位，現場解體后驗證了結論的正確性，從而有效指導了設備解體后的檢修，縮短了檢修時間，避免了缺陷的進一步發展，并進一步積累了GIS設備帶電檢測經驗。

本文編自《電氣技術》，論文標題為“一起500kV GIS異響缺陷的檢測分析與處理”，作者為吳迪、陳仁剛 等。