近年來氣體絕緣金屬封閉開關（gas insulated switchgear, GIS）設備以其占地面積小、可靠性高、受外界影響小等特點，在電力系統中得到了廣泛應用。但在GIS的生產制造、安裝、運行等過程中，仍不可避免地出現各類缺陷，加之其結構相對復雜、內部部件肉眼不可見，因此很難及時、準確地掌握其運行狀態。

隨著電網設備狀態檢修模式的推廣，帶電檢測技術在設備的狀態評價中發揮了越來越重要的作用，超聲波法、特高頻法局放檢測技術、SF6氣體分解產物檢測技術及X射線數字成像檢測技術以各自不同的技術優勢，為GIS缺陷的診斷分析及絕緣狀態的評價提供了重要依據。

本文介紹了某550kV GIS因內部部件松動導致的多起缺陷的檢測分析過程，綜合利用超聲波法、特高頻法及X射線數字成像檢測等帶電檢測技術確認了缺陷類型并進行了缺陷定位，最終解體分析確認了異常原因。

1 GIS內部缺陷的帶電檢測方法

1）特高頻法

當GIS內部發生局部放電時將伴隨產生聲、光、熱等物理、化學變化，同時激發產生高達數GHz的電磁波信號，信號在GIS氣室內部沿著腔體傳播，當遇到盆式絕緣子等非金屬材料時將傳播至外部空間，通過內置或外置的特高頻傳感器即可對放電信號進行檢測，再通過后臺主機實現局部放電的診斷分析。

特高頻法局部放電檢測技術具有靈敏度高、有效檢測范圍廣的特點，對GIS內部因懸浮電位、金屬表面毛刺、絕緣內部氣隙等導致的局部放電較為敏感，但對氣室內部純機械振動類缺陷檢測不敏感。

2）超聲波法

當GIS內部發生局部放電或出現部件異常松動時，將產生超聲波信號，信號穿透絕緣介質及設備外殼傳到外部，將特定頻帶的超聲波傳感器貼在GIS外殼上即可接收產生的異常信號，進而通過檢測主機對異常進行診斷分析。

超聲波法局部放電檢測技術，不受外部空間的電磁波信號干擾，且其測點選取不受設備結構限制，對GIS內部機械振動、自由顆粒缺陷及因懸浮電位、金屬表面毛刺等導致的局部放電較為敏感。

3）X射線數字成像法

X射線在穿透物質時會存在吸收、散射情況，因吸收、散射能力不同，射線穿透物質后強度不同，若被透照物體局部厚度存在差異，則該區域透過的射線強度與周圍就會產生差異，感光片上就會反映出該差異，進而檢出所測部位有無異常。

X射線數字成像檢測技術實現了GIS內部部件的“可視化”，可對缺陷類型及位置進一步確認，為異常的分析確認及檢修策略的制定提供有力支撐。

2 檢測案例

自2015年以來對某ZF8A-550型GIS開展帶電檢測時，在其斷路器氣室陸續檢測發現多起明顯的信號異常情況，其中氣室底部左側或右側粒子捕捉器部位信號最大，設備結構如圖1所示。

圖1 550kV GIS斷路器結構示意圖

2.1 案例1

2015年5月對某特高壓站內550kV GIS開展帶電檢測，發現5032斷路器C相存在明顯的異常超聲波信號，其中靠近50321隔離開關一側信號幅值較大且峰值抖動明顯，隨后在罐體不同部位進行了多點測量以確認信號最大部位，測點情況如圖2所示。

圖2 測點布置情況

檢測結果見表1。

表1 各測點檢測結果

4個測點信號峰值均大于背景峰值，存在50Hz及100Hz相關性，其中粒子捕捉器正下方的測點1信號峰值最大，超過250mV，如圖3所示。

圖3 測點1超聲波信號圖譜

由圖3可知，測點1信號有效值及峰值較大，100Hz相關性較50Hz相關性強，且相位圖譜存在多簇“豎條狀”脈沖集中現象，與典型的異常振動信號圖譜相似，開展特高頻局放檢測未見異常。

后期進一步跟蹤檢測分析發現異常信號存在一定間歇性，且信號幅值時大時小，最大達500mV。由于異常信號幅值較大，結合停電檢修對該氣室進行了解體檢查，打開斷路器靠近50311隔離開關一側的蓋板，發現異常信號所在區域粒子捕捉器一顆緊固螺栓松動，分別如圖4和圖5所示。

圖4 粒子捕捉器示意圖

圖5 緊固螺栓松動情況

2.2 案例2

2017年5月對某特高壓站內550kV GIS開展帶電檢測，發現5033斷路器B相存在明顯的超聲波異常信號，其中靠近50331隔離開關一側信號幅值較大，采用幅值法定位發現信號最大點處在本側粒子捕捉器底部位置，最大峰值達1000mV，遠遠大于背景峰值，如圖6所示。

圖6 超聲波信號圖譜（案例2）

為進一步分析，在5033斷路器B相左右兩側電流互感器上方的盆式絕緣子處開展了特高頻局放檢測，如圖7所示。

圖7 傳感器布置示意圖

圖7中CH1、CH2代表檢測通道1、通道2，兩通道均檢測到異常信號，其中通道2信號幅值較通道1大，如圖8所示。

圖8 特高頻信號圖譜

異常信號在一個周期內有明顯的兩簇脈沖集中現象，幅值基本一致且較大，達◆10dBm，PRPS圖譜呈現明顯的“內、外八字”分布特征，與典型的懸浮電位放電特征一致。采用時差法定位發現局放源處在50331隔離開關正下方部位，與超聲波法定位結果基本一致。進一步跟蹤檢測發現信號存在一定的間歇性，異常時有時無，無周期性。

結合停電檢修解體檢查發現異常部位三顆粒子捕捉器緊固螺栓完全脫落，捕捉器已偏移，如圖9所示。

圖9 緊固螺栓脫落情況

2.3 案例3

2018年11月對某特高壓站內550kV GIS開展帶電檢測，發現5011斷路器C相存在明顯的超聲波異常信號，其中最大點處在50111隔離開關一側粒子捕捉器正下方，如圖10所示。

圖10 設備現場實物圖

檢測發現信號有效值、峰值不穩定，抖動較為明顯，最大部位信號圖譜如圖11所示。

圖11 超聲波信號圖譜（案例3）

相位圖譜與典型的振動及懸浮電位放電圖譜均有差異，將儀器檢測頻段起始范圍由10kHz上調為50kHz，再次在相同部位測量，發現信號峰值有明顯降低，因此判斷信號在低頻段有較多分布；進一步開展特高頻局放檢測，未見異常；對異常部位開展X射線檢測發現粒子捕捉器一顆緊固螺栓已明顯松動，如圖12所示。

圖12 X射線檢測結果

3 原因分析

文中3起案例所涉及的設備廠家、型號相同，投運日期相同。解體檢查或X射線檢測均發現存在粒子捕捉器緊固螺栓松動或脫落情況，所采用的墊片均為普通金屬平墊片，對脫落部位的螺孔檢查亦未發現防松膠痕跡或其他防松措施。

分析認為粒子捕捉器螺栓未采取有效的防松動措施，在設備長期運行中逐漸松動，產生異常振動，導致超聲波信號異常；隨著運行年限的增長，螺栓松動加劇，最終出現案例2所述的螺栓完全脫落情況，脫落的金屬部件在電磁場作用下形成懸浮電位，產生間歇性懸浮放電。

結論

基于超聲波法的帶電檢測技術，對GIS內部異常振動具有較好的檢出效果。針對GIS內部不同的缺陷類型，各種帶電檢測技術具有其各自獨特的檢測優勢，應綜合采用多種技術手段同時結合設備內部結構，對異常進行綜合診斷分析，以提高診斷分析的準確性。