SF6高压开关学习资料-第八章【借鉴教学】

1、西安交通大学,高电压技术教研室 丁卫东,GIS装置及其绝缘技术,GIS装置及其绝缘技术 2007年10月1日,第八章 GIS设备的故障诊断,内容,GIS设备的可靠性 GIS设备的故障 GIS设备故障诊断 巡检 直流电阻测量 SF6气体检测 机械性能检测 温度检测 局部放电检测,GIS设备的可靠性,GIS的可靠性相当高，一般被称为免维护设备，随着技术的发展，其平均无故障时间提高到400-1000年/间隔。 采用耐电强度非常高的SF6作为绝缘和灭弧介质 高压导体全部在金属封闭外壳之内，不受外界气候和污染的影响 SF6基本不发生老化,现代电力系统对GIS可靠性的要求： 在电气时代和信息时代，供电可靠

2、性要求越来越高 GIS在电力系统中占有一个很重要的位置 投资削减造成的延长GIS寿命的要求,GIS系统真的不需要维护吗？ 不,合适的GIS故障监测技术,GIS设备的可靠性,持续的监督可以提高设备的可靠性，延长设备寿命,TBM及CBM的概念,GIS设备的故障,根据CIGRE的第二次GIS调查结果 被调查GIS的平均投运时间为9年，只有8.4%的GIS运行超过20年 全球平均GIS故障率为 0.75次/100间隔年 大约87%的GIS从未发生故障，约7%发生过1次故障 大约20%的故障发生在投运后1年之内 断路器、母线和隔离开关是最容易出问题的部分 现存GIS的预期寿命大约为30-40年，新安装的

3、GIS的寿命预期为30-50年 GIS的年漏气率一般小于0.5,GIS设备的故障,GIS绝缘事故的数量及绝缘事故的比例,全球平均GIS故障率为 0.75次/100间隔年 电压等级越高，问题越严重,GIS设备的故障,GIS事故原因统计,绝缘故障、机械故障等，其中绝缘故障超过50,GIS设备的故障,GIS事故的具体原因,GIS设备故障诊断,主要的故障检测方法 巡检 直流电阻测量 SF6气体检测 机械性能检测 温度检测 局部放电检测,GIS设备故障诊断,巡检,断路器、隔离开关、接地隔离开关以及快速接地隔离开关的位置指示器、闭锁位置是否正常 隔离开关、接地隔离开关从窥视孔中检查其触头接触是否正常 断路

4、器、避雷器的指示动作次数是否正常 密度计、压力表的指示值是否正常 在GIS设备附近有无异味、异声 设备有没有漏气、漏油的现象 所有阀门的开、闭位置是否正常 各种指示灯、信号灯的指示是否正常、加热器是否按规定投入或切除 保险丝、熔断器的指示是否正常 有无发热现象，金属外壳的温度是否超过规定 可见的绝缘件，有没有老化，剥落，有裂纹的现象 所有照明、通风设备、防火器具是否完好 所有设备是否清洁，齐整，标志完善,GIS设备故障诊断,直流电阻测量 安装完成之后要测量直流电阻，测量值与制造厂商提供的值进行比较 作为故障诊断的手段之一，也可以测量直流电阻，测量直流电阻可以检测到导体接触不良,GIS设备故障诊

5、断,SF6气体检测 密度/压力检测 泄漏检查 水分含量检测 分解物浓度检测,GIS设备故障诊断,密度/压力检测,气体的密度、气体的压力p、温度T三者满足如下的方程,实质上是一个带温度补偿的压力表,GIS设备故障诊断,泄漏检查：密封圈的老化是GIS寿命的一个薄弱环节,泄漏率测算：扣罩法吊瓶法局部包扎法压力降法,GIS设备故障诊断,SF6气体泄漏检测仪： SF6的高耐电强度 SF6的高红外吸收能力,电离腔里的气体很稀薄很容易发生电离。当电离腔内不含SF6时，由于气体电离，振荡回路的Q值下降，振荡幅值降低；而当电离腔内的含有SF6时，大量的电子被SF6气体分子所俘获，降低了电离程度，振荡器的振幅亦将

6、回升。测量振荡器的振幅，即可知道被试气体中SF6的浓度,GIS设备故障诊断,随着SF6气体的泄漏，电极的击穿电压极大提高，通过检测击穿电压的变化监测SF6气体的泄漏。 气压的变化 大气湿度的变化 灰尘,GIS设备故障诊断,参考资料来自NIST的数据库，其中SF6的浓度未知,SF6的吸光度,不透明领域,SF6气体泄漏激光成像系统,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,水分含量检测： 重量法 电解法 阻容法露点法 GB8905-88；SD305-89；SD306-89；DL506-92,重量法原理： 用恒重的无水高氯酸镁吸收一定体积六氟

7、化硫气体中的水分，并测定其增加的 重量。由此计算六氟化硫气体的含水量。 操作起来比较复杂，但是最可靠的方法,GIS设备故障诊断,电解法： 让含水气体通过一个电解池，电解池内装有两个铑电极，极间有一层P2O5薄膜。当P2O5完全干燥时，极间加直流电压不会有电流通过。而P2O5吸收气中水分后使薄膜导电，将所吸收的水电解而产生H2和O2。 由法拉第定律可知，电解所需要的电量就是水分量的度量,阻容法： 通过电化学方法在铝电极表面形成一层氧化铝薄膜，然后再膜上形成一层金属膜，这样两层金属膜之间形成了一个电容器，当氧化铝膜吸收水分之后阻抗发生变化，通过检测阻抗的变化即可确定水分的多少,GIS设备故障诊断,

8、露点法： 露点法的测量系统是一个温度可调的金属镜面，当金属镜面的温度持续降低时，在一定的温度下，水蒸汽开始在镜面上凝结，该温度称为露点。在只有水蒸气一种可冷凝的物质的条件下，露点温度的高低与水蒸汽的分压力直接相关，也就是说，与水蒸气的含量相关。通过测量气体的露点温度可以测定气体的水分含量,例,20100 Pa,如果充气压力为0.4 MPa, 则体积浓度为,GIS设备故障诊断,DP-99露点仪,GIS设备故障诊断,分解物浓度检测： 气体检测管、气相色谱仪、移动度计、质谱仪、红外分光光度计、变色膜(dye film) 、固体电解质传感器、碳纳米管气体传感器,GIS设备故障诊断,机械性能检测,机械性

9、能的衰退对设备寿命的影响很大,测试断路器分、合闸动作时间 断路器的分合闸动态曲线 断路器的备用行程 断路器的分合闸力过程曲线 三相断路器的同步性 从零压力开始到储满能马达运行时间 隔离开关、快速接地开关分合闸操作马达持续电流,GIS设备故障诊断,温度检测,世界最长GIL-Shinmeika-Tokai线的基本情况,GIS设备故障诊断,GIL监测系统 GIL本体检测：外壳温度、气体密度、故障定位 隧道环境监测：门禁、隧道位移、照明、水位、风扇、天然气管道,GIS设备故障诊断,光纤温度传感器,故障判断准则,传感器的安装方法,GIS设备故障诊断,局部放电(PD)检测 电气 UHF、IEC60270、

10、箔电极 振动 加速度计、超声波传感器(AE) 光 光电倍增管、光电二极管 分解气体 气体检测管、色谱仪、CNT气体传感器,UHF和AE传感器在国内研究比较多，UHF法的灵敏度比较高，AE传感器使用比较方便，但两种方法有一个共同的缺点，那就是抗干扰性有待提高。传统上，分解气体检测法不能用于检测微弱的局部放电，但随着技术的发展，情况已经有所改变,GIS设备故障诊断,作为标准局部放电检测法的IEC60270,局部放电测量的基本回路 (a)测量阻抗与耦合电容器串联回路；(b)测量阻抗与试品串联回路；(c)平衡回路 Zf高压滤波器；Cx试品等效电容；Ck耦合电容；Zm测量阻抗；Z调平衡元件；M测量仪器,

11、GIS设备故障诊断,校准回路,可以直接得到放电量的大小、使用放电的相位图(PRPD)可直观诊断放电类型 测量需要高压电容器，因此不方便在现场实施 当试品电容量较大时，检测变得困难，故不太适合于GIS现场试验 不能被用于局放定位,GIS设备故障诊断,超高频(UHF)法 300 MHz - 3 GHz,GIS设备故障诊断,制造厂家： 使用内屏蔽电极作为UHF传感器 设置专用的UHF传感器 接地开关作为UHF传感器 运行单位： 外被电极法 外部天线,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,UHF内部传感器,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,故障定位,GIS设备故障诊断,外被电极法和外部天线,由

12、于波阻抗不连续，电磁波在绝缘子处发生折反射，故在绝缘子两侧设置薄膜电极可检测出局部放电信号 电磁波可从绝缘子的法兰处泄漏出来，故可用线圈在绝缘子的法兰处检测,GIS设备故障诊断,Shinmeika-Tokai线局部放电检测,GIS设备故障诊断,超声波传感器,PD信号 AE信号AE传感器AE信号检测、处理及分析系统 优点： 实时连续监测 易进行PD定位 高灵敏度-100pC 高效、低耗,GIS设备故障诊断,便携式声电检测,GIS设备故障诊断,分解气体检测： 气体检测管、气相色谱仪、质谱仪、移动度计、红外分光光度计、变色膜(dye film) 、固体电解质传感器、碳纳米管气体传感器,扩散型SO2、

13、HF气体检测管,福建电力试验研究院的SO2检测结果,GIS设备故障诊断,红外分光光度计,FTIR的概略和原理,GIS设备故障诊断,部分分解气体的吸光度 (光路长度为10 cm,定量分析时使用的SF6分解气体的吸收带,GIS设备故障诊断,随着局部放电的进行，部分分解气体的浓度变化,GIS设备故障诊断,移动度计,移动度计的原理,GIS设备故障诊断,分解物浓度检测,纯SF6,含有1000ppm的SF6分解气体时,峰值时间 峰值大小,GIS设备故障诊断,纯SF6,断路器开断一次，峰值大概移动0.4 ms,断路器动作前,断路器动作后,GIS设备故障诊断,固体电解质传感器,固体电解质传感器的原理,GIS设

14、备故障诊断,碳纳米管(CNT)气体传感传感器,原理: SF6分解气体分子吸附在CNT表面，引起CNT的导纳发生变化,GIS设备故障诊断,与暴露于PD时类似，SF4、HF也能使传感器的导纳值增加，而且 SF4 HF,GIS设备故障诊断,GIS设备故障诊断,CNT气体传感器对GIS中PD的基本响应特性,0.1 MPa SF6 尖-板电极 施加电压: 10 kV-30 kV,使用CNT气体传感器能够检测出SF6中发生的局部放电,PD发生 传感器导纳增加,GIS设备故障诊断,主要研究结果 1. 敏感成分 引起CNT气体传感器响应的主要SF6分解气体成分是SF4和SOF2，同时HF也能引起CNT气体传感器的响应。实验表明：CNT气体传感器可以检测出1 ppm左右的SF4或HF气体。 2. 灵敏度 CNT气体传感器能很好地检测出发生在SF6气体中放电