GIS的試驗與監(jiān)測

第七章GIS的試驗與監(jiān)測GIS(gas-insulatedmetal-enclosedswitchgear)指氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(組合電器)，是60年代發(fā)展起來的新一代成套封閉式高壓電器設(shè)備。它是由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、避雷器、電壓互感器、電流互感器、套管、母線、連接管和其他過渡元件（如電纜終端盒、出線套管、與變壓器的連接結(jié)構(gòu)等）多種高壓電器組合在一起，并全部封閉在接地的金屬外殼內(nèi)，殼內(nèi)充以一定壓力的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)。GIS的突出優(yōu)點是小型化、封閉式和大幅度節(jié)省占地面積。由它所構(gòu)成的變電站只有常規(guī)變電站占地面積的10%～15%。GIS還具有不受環(huán)境污染和高海拔的影響、運行維護工作量少、檢修周期長、安全可靠性高，因外殼屏蔽而沒有觸電危險，也不會產(chǎn)生電暈和靜電感應等優(yōu)點。通常110kV及以下電壓等級采用全三相封閉式，220kV級常對斷路器以外的其他元件采用三相封閉式；330kV及以上等級一般采用單相封閉式結(jié)構(gòu)，有時對母線采用三相封閉式結(jié)構(gòu)。GIS試驗包括主回路電阻測量、元件試驗及連鎖試驗、絕緣試驗以及SF6氣體檢測試驗等。第一節(jié)GIS的回路電阻測量一、主回路電阻測量目的：檢查整個GIS本體一次導電回路中電接觸、導電材料、設(shè)計結(jié)構(gòu)、制造質(zhì)量以及現(xiàn)場安裝質(zhì)量是否符合技術(shù)要求。方法：直流壓降法；使用回路電阻測試儀，依據(jù)工廠設(shè)計文件《主回路電阻測量方案》要求，閉合待測回路上的斷路器（CB）、隔離開關(guān)(DS)和接地開關(guān)(ES)，去除接地開關(guān)端子上的接地板，給每一被測試區(qū)間部位通入50～100A直流電流，測量回路兩端之間的直流電阻。標準：不超過出廠計算值的1.2倍。試驗中應注意的問題：a.試驗可以在SF6氣體中或空氣中進行，不允許在真空狀態(tài)下進行；b.電流注入點一般在接地開關(guān)端子處，應避免與電壓測量點重合；c.對于雙母線設(shè)備，在測量時要注意開關(guān)狀態(tài)，避免出現(xiàn)分流現(xiàn)象，影響測量結(jié)果的準確性；d.R=U/I

基于直流壓降法時，可采用直流電源、分流器和毫伏表測量回路電阻，也可采用回路電阻測試儀來進行測量。二者基本原理一致，測量時應注意接線方式帶來的誤差，電壓測量線應在電流輸出線的內(nèi)側(cè)，且電壓測量線應接在主回路正確的位置，否則將產(chǎn)生較大的測量誤差。在GIS母線較長間隔較多，并且有多路進出線的情況下，應盡可能分段測量，以便有效地找到缺陷的部位?，F(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)應與出廠試驗數(shù)據(jù)比較，當被測回路各相長度相同時，測得的各相數(shù)據(jù)應相同或接近。例如，圖7－1所示測量GIS的主回路電阻時，可以首先測量A1-A2之間的電阻，若三相測量數(shù)據(jù)與出廠數(shù)據(jù)差別較大或三相數(shù)據(jù)差別較大，應對測量回路分段，以找到有安裝缺陷的部件。如從B、C兩點通電測量，可以判斷斷路器QFl的接觸情況；從D、E兩點通電測量回路電阻，可以準確判斷斷路器QF2的接觸情況。圖7－1某GIS的主接線A1A2第二節(jié)GIS元器件試驗及連鎖試驗一、GIS元件試驗在條件具備的情況下，應盡可能對GIS各元件包括斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓互感器、電流互感器和避雷器多做一些項目的試驗，以便更好地發(fā)現(xiàn)缺陷。試驗前，應了解試品的出廠試驗情況、運輸條件以及安裝過程中是否出現(xiàn)過異常情況，以便確定試驗的重點，決定是否需要增加某些試驗項目。由于GIS各元件直接聯(lián)結(jié)在一起，并全部封閉在接地的金屬外殼內(nèi)，測試信號可通過出線套管加入；或通過打開接地開關(guān)導電桿與金屬外殼之間的活動接地片，從接地開關(guān)導管加入測試信號。各元件試驗項目的試驗原理與敞開式設(shè)備一致。

1、斷路器（1）測量斷路器的分、合閘時間及合分時間，必要時測量斷路器的分、合閘速度；（2）測量斷路器分、合閘同期性及配合時間；（3）測量斷路器合閘電阻的投入時間；（4）測量斷路器分合閘線圈的絕緣電阻及直流電阻；（5）進行斷路器操作機構(gòu)的試驗；（6）檢查斷路器操作機構(gòu)的閉鎖性能；（7）檢查斷路器操作機構(gòu)的防跳及防止非全相合閘輔助控制裝置的動作性能；（8）斷路器輔助和控制回路絕緣電阻及工頻耐壓試驗。2、隔離開關(guān)和接地開關(guān)(1)檢查操作機構(gòu)分、合閘線圈的最低動作電壓；(2)操作機構(gòu)的試驗；(3)測量分、合閘時間；(4)測量輔助回路和控制回路絕緣電阻及工頻耐壓試驗。

3、電壓互感器和電流互感器(1)極性檢查；(2)變比測試；(3)二次繞組間及其對外殼的絕緣電阻及工頻耐壓試驗。4、金屬氧化物避雷器(1)測量絕緣電阻；(2)測量工頻參考電壓或直流參考電壓；(3)測量運行電壓下的阻性電流和全電流；(4)檢查放電記數(shù)器動作情況。二、連鎖試驗GIS的元件試驗完成后，還應檢查所有管路接頭的密封，螺釘、端部的連接，以及接線和裝配是否符合制造廠的圖紙和說明書。應全面驗證電氣的、氣動的、液壓的和其他連鎖的功能特性，并驗證控制、測量和調(diào)整設(shè)備(包括熱的、光的)動作性能。GIS的不同元件之間設(shè)置的各種連鎖應進行不少于3次的試驗，以檢驗其功能是否正確?，F(xiàn)場應驗證以下連鎖功能特性：(1)接地開關(guān)與有關(guān)隔離開關(guān)的相互連鎖；(2)接地開關(guān)與有關(guān)電壓互感器相互連鎖；(3)隔離開關(guān)與有關(guān)斷路器的相互連鎖；(4)隔離開關(guān)與有關(guān)隔離開關(guān)相互連鎖；(5)雙母線接線中的隔離開關(guān)倒母線操作連鎖。第三節(jié)GIS的絕緣試驗一、GIS絕緣試驗的特點(現(xiàn)場耐壓試驗)

封閉式組合電器和氣體絕緣電纜在工廠中制造、試驗之后，以運輸單元的方式運往現(xiàn)場安裝工地。因此設(shè)備在現(xiàn)場組裝后必須進行現(xiàn)場耐壓試驗，這是GIS和GIC(cable)和其他電力設(shè)備所不同的特點?，F(xiàn)場耐壓試驗的目的是檢查總體裝配的絕緣性能是否完好。設(shè)備在運輸過程中的機械振動、撞擊等可能導致GIS元件或組裝件內(nèi)部緊固件松動或相對位移；安裝過程中，在聯(lián)結(jié)、密封等工藝處理方面可能失誤，導致電極表面刮傷或安裝錯位引起電極表面缺陷；空氣中懸浮的塵埃、導電微粒雜質(zhì)和毛刺等在安裝現(xiàn)場又難以徹底清理；國內(nèi)外還曾出現(xiàn)將安裝工具遺忘在GIS內(nèi)的情況。這些缺陷如未在投運前檢查出來，將引發(fā)絕緣事故。因此現(xiàn)場耐壓試驗是必不可少的，但它不能代替設(shè)備在制造廠的型式試驗和出廠試驗。現(xiàn)場耐壓試驗主要是為了消除運輸和安裝中造成的可能導致內(nèi)部故障的意外因素，因此只要求其試驗電壓值不低于工廠試驗電壓的80％。但由于現(xiàn)場試驗時被試設(shè)備的尺寸大、對地電容量大，給現(xiàn)場耐壓試驗帶來較大的困難，因此現(xiàn)場耐壓試驗的方法與常規(guī)的高壓試驗方法有所不同。GIS的現(xiàn)場耐壓可采用交流電壓、振蕩操作沖擊電壓和振蕩雷電沖擊電壓等試驗裝置進行。交流耐壓試驗是GIS現(xiàn)場耐壓試驗最常見的方法，它能夠有效地檢查內(nèi)部導電微粒的存在、絕緣子表面污染、電場嚴重畸變等故障；雷電沖擊耐壓試驗對檢查異常的電場結(jié)構(gòu)(如電極損壞)非常有效?，F(xiàn)場一般采用振蕩雷電沖擊電壓試驗裝置進行；操作沖擊電壓試驗能夠有效地檢查GIS內(nèi)部存在的絕緣污染、異常電場結(jié)構(gòu)等故障，現(xiàn)場一般也采用振蕩型試驗裝置。二、試驗電壓波形的選擇選擇現(xiàn)場耐壓試驗電壓波形時，應考慮GIS的特點，即試品電容量大、電極表面缺陷和導電微粒在不同電壓波形下對氣體絕緣的影響是不同的。下面對不同試驗電壓波形進行比較。1、交流電壓(老練凈化)交流電壓試驗對檢查介質(zhì)污染（例如導電微粒）是相當靈敏的，且在大多數(shù)情況下對檢查異常的電場情況（如電極表面有缺陷）也有足夠的靈敏度。標準規(guī)定，試驗電壓頻率一般應在10～300Hz范圍內(nèi)。交流電壓試驗的優(yōu)點是可與老練試驗結(jié)合進行。老練試驗(設(shè)備逐步施加交流電壓)時，對被試設(shè)備施加逐級升高的交流電壓，使可能存在的導電微粒移動到低電場區(qū)或微粒陷阱中，因而不再對絕緣起危害作用。2、雷電沖擊試驗雷電沖擊試驗對檢查異常電場情況，例如電極損壞特別靈敏。但因為試品電容大，所需的沖擊電壓發(fā)生器體積龐大，且雷電波的波頭較陡，會在尺寸較大的被試品中引起波的反射，因此在現(xiàn)場很少采用雷電沖擊電壓試驗。標準規(guī)定，如進行雷電沖擊試驗，波前時間可延長到8μs；如采用振蕩的雷電沖擊波，則波前時間可延長到約15μs。3、操作沖擊電壓操作沖擊波下的絕緣特性是介于交流電壓和雷電沖擊波特性之間的。因此，與雷電沖擊波比，操作沖擊波的優(yōu)點是能檢查出設(shè)備被自由導電微粒污染的問題；與交流電壓相比，則操作沖擊波對異常電場情況的檢測靈敏度要高些。由于產(chǎn)生非周期的操作沖擊波時發(fā)生器的效率太低，所以實際上均采用振蕩操作波形，到達峰值電壓的時間一般應不小于150μs。振蕩操作波發(fā)生器設(shè)備較簡單，因此特別適合于較高額定電壓的試品。4、直流電壓直流電壓試驗對于交流GIS是不適合的，這是因為自由導電微粒在直流下的運動特性和交流下不同。此外，絕緣支撐在直流下的電壓分布與交流電壓下不同，因此直流下閃絡(luò)電壓規(guī)律與交流下也是不同的。試驗表明，直流電壓下SF6氣體中的微粒引發(fā)的擊穿電壓具有極大的分散性，其最低擊穿電壓比交流時低。三、現(xiàn)場交流耐壓試驗原理GIS的現(xiàn)場交流耐壓試驗采用工頻試驗變壓器、調(diào)感式串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置和調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置三種試驗設(shè)備。自從有了串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置以后，現(xiàn)場已很少再使用工頻試驗變壓器作耐壓設(shè)備。調(diào)感式串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置采用鐵芯氣隙可調(diào)節(jié)的高壓電抗器，其缺點是噪音大、機械結(jié)構(gòu)復雜、設(shè)備笨重、運輸困難，但試驗電壓頻率一般為工頻。調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置采用固定的高壓電抗器，試驗回路由可控硅變頻電源裝置供電，頻率在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，其特點是尺寸小、質(zhì)量輕、品質(zhì)因數(shù)高，可帶電磁式電壓互感器同時試驗，無“試驗死區(qū)”，但試驗電壓頻率非工頻，且由于變頻電源裝置內(nèi)電子元器件很多，其可靠性稍差。隨著電子技術(shù)的進步，其可靠性已大大提高。試驗電壓頻率應該在10～300Hz范圍內(nèi)與工頻電壓試驗基本等效。1、串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置的原理圖7－2所示為串聯(lián)諧振試驗回路的原理圖，試品上電壓(7－2)當調(diào)節(jié)電源頻率或電抗器電感使回路達到諧振條件，即時，(7－3)(7－4)式中，Q—諧振回路的品質(zhì)因數(shù)。圖7－2串聯(lián)諧振試驗回路的原理圖C—被試品電容；L—高壓電抗器的電感；R—回路中等值電阻；Ue—電源電壓；Uc—試品上電壓串聯(lián)諧振的交流耐壓試驗方法與常規(guī)的交流耐壓試驗方法相比，有如下優(yōu)點。（1）裝置的質(zhì)量輕，所需電源容量小。所需電源容量僅為工頻試驗變壓器1／Q。品質(zhì)因數(shù)Q較高，可達50以上，電源容量只是試品無功功率的2％，整個試驗裝置的質(zhì)量主要由高壓電抗器決定。（2）試品擊穿時所受的破壞小。由圖7－2可見，當試品擊穿時，電源供給回路的電流僅為試品擊穿前回路電流的1／Q。因此通過擊穿點的主要是被試品電容所釋放的電荷，比常規(guī)高壓交流試驗的破壞性要小。（3）電壓波形好。因為調(diào)節(jié)回路參數(shù)使其對基波諧振，所以回路阻抗對電源的諧波分量起抑制作用，使被試品上的試驗電壓波形比較理想。2、串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置的結(jié)構(gòu)原理(1)調(diào)感式串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置調(diào)感式串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置結(jié)構(gòu)原理如圖7－3所示。圖中，Cx是被試品GIS的等值電容C’x和分壓器的等值電容C之和，L是電抗器的電感量。當調(diào)節(jié)電抗器使(7－5)時，電抗上的壓降在數(shù)值上等于電容上的壓降，即(7－6)試驗回路電流為(7-7)

輸出變壓器T供給的電壓大小由回路品質(zhì)因數(shù)Q值確定，其值為圖7－3調(diào)感式串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置結(jié)構(gòu)原理圖TR調(diào)壓器；T輸出變壓器；L可調(diào)電抗；C1C2分壓器；(2)調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置結(jié)構(gòu)原理如圖7-4所示，當調(diào)節(jié)變頻柜輸出電壓頻率達到諧振條件，即(7-9)時，各參數(shù)同樣滿足式(7-5)～式(7-8)。圖7-4調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置結(jié)構(gòu)原理圖T1－輸入變壓器；FC－變頻電源柜；T2－輸出變壓器；L－固定高壓電抗器；C1、C2－分壓器；C’x－被試品四、現(xiàn)場交流耐壓試驗程序1、被試品要求（1）GIS應完全安裝好，SF6氣體充氣到額定密度，已完成主回路電阻測量、各元件試驗以及SF6氣體微水含量和檢漏試驗合格后，才能進行耐壓試驗。（2）耐壓試驗前，應對試品測量絕緣電阻；（3）耐壓試驗前，GIS上所有電流互感器的二次繞組應短路并接地；（4）耐壓試驗前，應隔離高壓電纜、架空線、電力變壓器和電磁式電壓互感器（若采用調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置，且耐壓標準一樣，也可以與主回路一起做耐壓）、避雷器和保護火花間隙；（5）GIS的每一新安裝部分都應進行耐壓試驗，同時，對擴建部分進行耐壓時，相鄰設(shè)備原有部分應斷電并接地。2、試驗電壓的加壓方法規(guī)定的試驗電壓應施加到每相導體和外殼之間，每次一相，其他相的導體應與接地的外殼相連。試驗電源可接到被試相導體任一部位。選定的試驗程序應使每個部件都至少施加一次試驗電壓。在制定試驗方案時，必須同時注意要盡可能減少固體絕緣的重復試驗次數(shù)。例如，應盡量在GIS不同部位引入試驗電壓。如懷疑斷路器和隔離開關(guān)的斷口在運輸、安裝過程中受到損壞或經(jīng)過解體，應做斷口間耐壓試驗。耐壓值與相對地交流耐壓值可取同一數(shù)值。若GIS整體電容量較大，耐壓試驗可分段進行。3、交流耐壓試驗程序GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗的第一階段是“老練凈化”，其目的是清除GIS內(nèi)部可能存在的導電微?；蚍菍щ娢⒘?。這些微?？赡苁怯捎诎惭b時帶入而清理不凈，或是多次操作后產(chǎn)生的金屬碎屑，或是緊固件的切削碎屑和電極表面的毛刺而形成的?！袄暇殐艋笨墒箍赡艽嬖诘膶щ娢⒘Ｒ苿拥降碗妶鰠^(qū)使其不再對絕緣起危害作用?！袄暇殐艋彪妷褐祽陀谀蛪褐?，時間可取數(shù)分鐘到數(shù)十分鐘。第二階段是耐壓試驗，即在“老練凈化”過程結(jié)束后進行耐壓試驗，時間為1min。試驗程序可選用三種，現(xiàn)場的具體實施方案應與制造廠和用戶商議。4、現(xiàn)場耐壓試驗的判據(jù)(1)如果GIS的每一部件均已按選定的完整試驗程序耐受規(guī)定的試驗電壓而無擊穿放電，則認為整個GIS通過試驗。(2)在試驗過程中如果發(fā)生擊穿放電，則應根據(jù)放電能量和放電引起的各種聲、光、電、化學等各種效應以及耐壓試驗過程中進行的其他故障診斷技術(shù)所提供的資料進行綜合判斷。遇有放電情況，可采取下述步驟：①進行重復試驗，如果該設(shè)備還能經(jīng)受規(guī)定的試驗電壓時，則認為放電是自恢復放電，耐壓試驗通過；②如果重復耐壓失敗，須將設(shè)備解體，打開放電間隔，仔細檢查絕緣損壞情況，采取必要的修復措施，再進行規(guī)定的耐壓試驗。GIS局放測量:第四節(jié)SF6氣體檢測SF6氣體具有穩(wěn)定的理化性能、優(yōu)良的絕緣性能及優(yōu)異的滅弧性能，在高壓電器設(shè)備中被廣泛使用。本節(jié)介紹SF6氣體的常規(guī)檢測試驗方法。一、SF6氣體檢漏(專用檢漏儀)氣體泄漏的原因主要是在密封面、焊縫和管路接頭處有裂縫或密封不嚴。對SF6氣體進行檢漏須使用專用的檢漏儀，如MP30型SF6檢測儀,LF－1型檢漏儀。如果有大量SF6氣體泄漏，那么操作人員不能停留在離泄漏點10m以內(nèi)的地點(本身無毒，但大量吸入?yún)s使人因缺氧而窒息)。直至采取措施泄漏停止后，方能進入該區(qū)域。如果電器內(nèi)部發(fā)生故障，在容器內(nèi)肯定存有SF6電弧分解物，在打開外殼進行清除以后，若檢測中可能接觸被污染的部件，都必須使用防毒面具，并穿戴好防護工作服。為了保證進入SF6斷路器室內(nèi)的工作人員安全，必須對室內(nèi)進行通風，按要求，空氣中氧氣含量濃度不應低于18％。在檢漏中，要嚴格按照產(chǎn)品使用說明書執(zhí)行。檢漏儀探頭不允許長時間處在高濃度SF6中，但在工作中往往被忽略，探頭一旦觸及高濃度SF6氣體時，表針立即為滿刻度，報警強烈。遇到這種情況應立即將探頭離開并放到潔凈區(qū)，待表針恢復正常后再檢漏。GasFindIRLWTM成像儀MP30型SF6檢測儀二、SF6含水量檢測斷路器對SF6的純度及含水量都有嚴格的要求。在內(nèi)部閃絡(luò)的情況下，會生成多種SF6分解產(chǎn)物，在正常運行中大氣中的水分也會滲入氣體絕緣設(shè)備中。在較高的氣壓下，過量的水分對氣體絕緣設(shè)備中固體絕緣件表面閃絡(luò)電壓的影響嚴重，甚至會導致內(nèi)部閃絡(luò)事故。有些活性雜質(zhì)，如HF、SO2等，對氣體絕緣設(shè)備中的各種構(gòu)件會產(chǎn)生腐蝕作用。某些垢分解產(chǎn)物還具有毒性，一旦泄漏出來會污染環(huán)境，影響工作人員的健康。過量的水分會使氣體絕緣設(shè)備的絕緣強度下降。因此，首先應保證充入電氣設(shè)備的SF6氣體合格，在充氣操作過程中，嚴防水分進入氣室。我國有關(guān)規(guī)程規(guī)定，斷路器用新的SF6氣體，水分含量須≤8×10－6。運行中斷路器內(nèi)SF6氣體的水分含量，機械特性試驗后測量氣體的含水量不應超過150×10－6。1、質(zhì)量法(干燥劑吸水,質(zhì)量增加)該測量方法將己測定體積的SF6氣體通入已秤質(zhì)量的高酸鎂（或五氧化二磷）作干燥劑的配衡試管中，從試管質(zhì)量的增加得到氣體中的水分含量。此種方法是絕對法，常被稱作仲裁法，用于校驗、校準其他水分測量儀器原精確度。測試環(huán)境的控制、氣體體積的計量、吸收系統(tǒng)的稱重都極為重要。質(zhì)量法測定SF6氣體含水量的裝置示意圖見圖7-5。圖7-5質(zhì)量法測定SF6氣體中的含水量的裝置

2、電解法(電解電流的大小正比于氣樣中的含水量)電解法是用涂敷了磷酸的一對電極(鉑或銠)形成一個電解池，在兩極間施加一恒定的直流電壓。被測氣體的水分被吸濕劑（P2O5）吸收，并在電流作用下電解還原，釋放出氧氣和氫氣。在吸收和電解達到平衡時，就可利用電解電流與水分含量的關(guān)系(成正比)，求得氣體的含水量。這種方法是常見和實用的方法，測量儀器可以直接讀出微水含量的質(zhì)量分數(shù)，操作簡便穩(wěn)定，適用于連續(xù)在線分析。電解法在測量SF6氣體含水量時干擾因素少、數(shù)據(jù)重復率及準確度高、操作簡單，尤其在測量低含水量時更顯示出它的優(yōu)越性。但是，電解法最大的不足之處是電解池的電解效率隨使用時間的增加而降低。一般情況下，電解效率低于85％，電解池即應停止使用。3、露點法（SF6氣體中含的水分越多，它的露點就越高，這樣就可以測出SF6氣體的含水量了）該法是測量氣體所含水分的凝露及濕度。被測氣體通過一個密封池中的金屬鏡面，用人工控制或借助光電池監(jiān)控鏡面濕度，以保持穩(wěn)定的水分凝結(jié)量。當測試系統(tǒng)溫度略低于被試品氣體中水蒸汽飽和溫度(露點)時，水蒸汽結(jié)露。通過熱電偶測得的鏡面溫度為露點。由露點和氣體水分含量的換算公式或?qū)φ毡恚纯傻玫綒怏w中水分含量。露點法所用儀器比較復雜，需要液態(tài)氮作致冷劑，造價較高，體積較大。測量精度與儀器本身的質(zhì)量好壞關(guān)系很大，不便于現(xiàn)場使用。三、氣體純度檢測運行中SF6電氣設(shè)備的氣體純度控制是非常重要的。氣體純度的高低對電氣設(shè)備的滅弧性能、絕緣強度以及電氣設(shè)備的壽命影響很大。常用的SF6氣體純度檢測方法有氣相色譜儀法和氣相色譜－質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用分析。目前已經(jīng)有各式各樣的SF6氣體純度測試儀.拓普公司的TPCDC便攜式SF6氣體純度測試儀主要用于測量SF6氣體、SF6/N2混合氣體的SF6氣體純度，檢查SF6設(shè)備(電纜，開關(guān))中的SF6氣體純度。探測組件可快速準確地測出SF6純度。1、氣相色譜儀法(通過色譜柱來分離)氣相色譜儀分析的基本原理是利用樣品中各種物質(zhì)的分子對某種固體物質(zhì)（色譜技術(shù)上稱為固定相）的吸附和解吸能力上的差異，當氣體樣品在某種不活性氣體物質(zhì)（色譜技術(shù)上稱為流動相或載氣）的載帶下通過固定相時，其中的各組分即會以不同的速度和時間（色譜技術(shù)上稱為保留時間）離開固定相。利用不同的信號轉(zhuǎn)換方法將其分別檢出，并記錄在色譜圖上。根據(jù)保留時間的不同可對各組分進行定性確認，根據(jù)譜圖上代表各組分的譜峰高度和面積可進行定量分析。對SF6氣體進行氣體純度檢測時，所采用的氣相色譜儀通常帶有Porapak-Q(一種以乙基苯乙稀和對-二乙烯苯為主體的共聚物，黃色粉末)填充柱和熱導檢測器。采用制備已知濃度的標準樣品來取得定量分析結(jié)果。標準氣相色譜儀的靈敏度大約為：氟化亞硫酰

SOF2，50ppmV；氟化硫酰SO2F2，50ppmV。表7-1列舉了幾種常見氣體的相對保留時間。SF4和SOF2的保留時間大致相等，因此色譜技術(shù)難于鑒別這兩種氣體。(1ppm是指百萬分之一的意思。v是指體積。ppmv即一百萬體積中含1體積。相當于在1立方米氣體中含氣體1毫升。)表7-1

氣相色譜的保留時間和檢測極限色譜柱Proapak-Q溫度100℃長度3m載氣氦氣直徑0.97cm流量60ml/min氣體組分保留時間（min）檢出極限（體積％）空氣2.610－3CF43.110－3CO24.62×10－3SF65.73×10－3SO2F27.63×10－3SOF48.23×10－3SOF211.23×10－3SF411.23×10－3HF16.53×10－3SO224.54×10－3S2F10605×10－32、氣相色譜－質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用分析(先經(jīng)色譜分離,然后電離,再用質(zhì)譜儀檢出質(zhì)荷比)色譜－質(zhì)譜聯(lián)用分析是將氣體樣品先經(jīng)色譜分離，然后由質(zhì)譜鑒定，從而大大提高了分析檢測的靈敏度。質(zhì)譜分析的基本原理是，將被分析的物質(zhì)用一定方式電離形成多種特定組成的離子，再將其引出聚焦成離子束，經(jīng)加速后通過電場或（和）磁場，由于各種離子的質(zhì)荷比（帶電粒子的質(zhì)量與所帶電荷之比值,M/e）不同，而被分別檢出。然后通過與標準圖譜對照或按照離子組成特點進行譜圖解析，以達到定性或定量分析的目的。質(zhì)譜分析法具有精確可靠、靈敏度高、多用途等優(yōu)點。氣相色譜法(Gaschromatography,GC);質(zhì)譜massspecrum(MS)GC-MS的一般組成結(jié)構(gòu)圖如圖7-6所示。采用氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用分析能夠檢出大約1ppmV的SOF2、四氟化硫酰SOF4、CF4和其它不常見的氣體分解產(chǎn)物如氧硫化碳COS、二氟二甲基硅Si(CH3)2F2。圖7-6GC－MS組成方塊圖

第五節(jié)GIS的異常及故障分析一、GIS常見故障GIS設(shè)備運行可靠性高、維護工作量小、檢修周期長的優(yōu)點已體現(xiàn)出來。但也先后出現(xiàn)過一些故障，主要表現(xiàn)在以下幾方面：1、SF6氣體泄露這類故障通常發(fā)生在組合電器的密封面、焊接點和管路接頭處。主要原因是由于密封墊老化，或者焊縫出現(xiàn)砂眼引起。每年因此需要對GIS補充大量的SF6氣體來保證正常工作壓力。這類故障比較普遍。2、SF6氣體微水超標運行時斷路器氣室SF6氣體微水量要<=300*10-6(ppm=10-6),其他氣室<=500*10-6。SF6氣體含水量太高引起的故障易造成絕緣子或其他絕緣件閃絡(luò)。微水超標的主要原因是通過密封件泄露滲入的水份進入到SF6氣體中。經(jīng)過多年的運行，氣體中含水量持續(xù)上升無疑是外部水蒸汽向設(shè)備內(nèi)部滲透的結(jié)果。水分子呈V型結(jié)構(gòu)，其等效分子直徑為SF6分子的0.7倍，因此水的滲透力極強，而且大氣中水蒸汽分壓力通常為設(shè)備中水份分壓力的幾十倍，甚至幾百倍。在這一壓力作用下，大氣中的水份會逐漸透過密封件進入氣體絕緣設(shè)備。3、開關(guān)故障斷路器、負荷開關(guān)、隔離開關(guān)或接地開關(guān)等元件的氣體擊穿。還有動、靜觸頭在合閘時偏移，引起接觸不良。4、GIS內(nèi)部放電由于制造工藝等原因，在GIS內(nèi)部某些部件處于懸浮電位，導致電場強度局部升高，進而產(chǎn)生電暈放電，GIS中金屬雜質(zhì)和絕緣子中氣泡的存在都會導致電暈放電或局部放電的產(chǎn)生。5、液壓機構(gòu)出現(xiàn)滲漏油或打壓頻繁等故障出現(xiàn)這類故障大多是由于液壓機構(gòu)密封圈老化，或安裝位置偏移、或儲壓筒漏氮等原因引起。這類故障在GIS中比較普遍。二、傳統(tǒng)診斷方法傳統(tǒng)的診斷方法利用物理和化學的原理和手段，通過伴隨故障出現(xiàn)的各種物理和化學現(xiàn)象，直接檢測故障例如利用振動、聲、光、熱、電、磁、射線、化學等多種手段，觀測其變化規(guī)律和特征，用以直接檢測和診斷故障。這種方法形象、快捷、十分有效，但只能檢測部分故障。1、機械振動法(在設(shè)備外壁安裝加速度測量儀檢測局部放電)利用機械振動法檢測局部放電，是一種不停電的監(jiān)測技術(shù)。其基本原理是一旦有局部放電發(fā)生，就會產(chǎn)生振動，在設(shè)備外壁安裝加速度測量儀很容易檢測出來。因此，檢測局部放電可以從探測外殼上的機械振動入手。氣體局部放電會產(chǎn)生一定的振動波，經(jīng)過傳遞后會在金屬外殼上引起輕微振動，采用敏感度高的加速度傳感器有可能探測出這種信號，但設(shè)備操動機構(gòu)動作及運行中的噪聲會影響對局部放電的監(jiān)測。區(qū)別局放信號與干擾信號的方法有用帶通濾波器除去設(shè)備自身的振動信號和周圍干擾信號的低頻成分，以及電氣干擾信號的高頻成分；進行輸入信號的基準值判斷，將某一定數(shù)值以上的信號作為干擾信號除去；進行與試驗電源同期的脈沖調(diào)制，對波形的絕對值進行平均化處理調(diào)整其周期性，局放信號具有明顯周期性，而干擾信號波形是無周期的，以此將二者區(qū)分開。2、檢測管檢測法(色譜分析)SF6氣體經(jīng)過長期運行或內(nèi)部放電會分解出SF4、SOF2、HF、SO2等氣體，對這些成分的監(jiān)測，可以診斷出設(shè)備是否有放電發(fā)生，或是監(jiān)測原理類似于變壓器油的色譜分析對運行中氣體組分進行檢測，有助于了解運行中的運行狀態(tài)和可能潛伏的故障。其工作原理是：通過檢測裝置從高壓電氣設(shè)備中提取一定體積的SF6氣體，分別通過SO2、HF檢測管，這些分解產(chǎn)物會在檢測管中發(fā)生化學反應改變顏色，可根據(jù)變色柱的長度，讀出SF6氣體中的SO2、HF的濃度。3、超聲波檢測法(在設(shè)備外壁安裝壓電元件,接收超聲波,檢測局部放電)工作原理是：當電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電時，在放電處產(chǎn)生超聲波向四周傳播，一直達到電氣設(shè)備容器的表面。在設(shè)備外壁裝上壓電元件，在超聲波作用下，壓電元件兩個端面上產(chǎn)生交變的束縛電荷，引起端部金屬電極上電荷變化或在外回路上產(chǎn)生交變電流。因此，可以檢測此電信號來判斷設(shè)備內(nèi)部是否發(fā)生局放。