电气工程及自动化毕业设计中期报告.doc

08级电气工程及其自动化专业毕业设计中期报告：故障诊断学生：，电气三班， 指导教师：马宏忠 研究背景 GIS 的故障极少，一般15～20 年无故障性的检修。运行经验表明，GIS设备在制造、装配以及运行过程中，内部可能产生一些缺陷，给系统带来安全隐患。 通过查询近年来相关资料，将GIS 的内部故障进行了统计。图1 为GIS 设备在运行中存在的各种缺陷，其中颗粒为最常见缺陷。 图1 GIS绝缘故障种类 对于GIS的诊断，主要内容有三个: (1)检测电弧放电，用光电检测器确定电弧在气室的确切位置; (2)监视SF6气体，用传感器监视温度、压力和密度，及时掌握气体状态; (3)测量局部放电，检测方法有电磁式、光电式等。[6] GIS 设备一旦出现内部故障，则会发生局部放电，如果没有有效手段来检测，只有等到局放发展到一定程度，发生内部闪络造成系统事故，才能发现问题。因此，定期对GIS 进行局放检测十分必要。 通过连续检测，确切地了解运行状况，可以通过趋势分析，识别存在的故障，从而采取必要的措施，改以往的“定期检修”为“状态检测”，从而提高设备的利用率和节省检修费用。[5] 以下简要介绍国内外GIS主要故障 2.1 国内外GIS故障的情况 过去普遍认为 GIS 属于无需检修或检修周期长的设备，但从近 40 年的运行经验来看[7]，绝缘故障始终是影响 GIS 可靠性的重要因素之一。1998 年 CIGRE 统计了国外 1967年到 1992 年间的所有 GIS 绝缘故障率，这些故障率均超过了 GIS 绝缘所要求的 0.1 次/（百间隔年）的指标[8]，且随着电压等级的增高，绝缘故障率增大，如表 1所示。 表1 GIS绝缘故障统计结果[9] 电压等级kV 间隔数 绝缘故障次数 次/(百间隔年) 125-145 9334 24 0.26 245 6133 41 0.67 420 3351 61 1.8 550 1109 43 3.9 其他电压 17734 165 0.9 上世纪 80 年代初，GIS 设备在我国一些地区就投入了运行，距今已有 20 多年的历史。较之西方发达国家，我国在 GIS 和气体绝缘断路器运行状况检测方面的研究实施较少，缺乏这方面的经验。例如，1999 年北京某 220kV GIS 变电站发生了严重故障，造成包括一些重要国家机关和医院在内区域的大面积停电，损失严重，影响范围广。 2.2 GIS缺陷类型的分析 要深入研究 GIS 局部放电，首先应将缺陷进行分类，并了解各类缺陷的特征、严重程度及发生的绝缘故障比率，然后针对不同类型的缺陷进行分析研究，从而找到影响绝缘故障的主要因素。 GIS 内部故障以绝缘故障的为主，引起绝缘故障主要是由于 GIS 内部存在着各种缺陷，这些缺陷畸变了 GIS 内部的电场，使得局部电场集中而产生局部放电。缺陷的种类包括：严重的装配错误、自由导电微粒、金属突出物、绝缘子表面与内部缺陷、导体之间电气或机械接触不良和 SF6 气体中混有水蒸气等（图2 为 GIS 内部故障的主要缺陷）。 图2 GIS内部故障的主要缺陷 2.3 GIS局部放电在线监测方法 GIS 的局部放电在线监测方法大致可以分为两大类型：电测法和非电测法，其具体主要可分为以下五种方法： (1) 脉冲电流法[10][11]：又称为耦合电容法，它利用贴在 GIS 外壳上的电容电极耦合探测由于局部放电而在导体芯上引起的电压变化。该方法结构简单，监测范围大,灵敏度高, 定位准，便于实现。但是在现场测试时，需要识别与多种噪声混杂在一起的局部放电信号，因此这种方法的使用推广受到了一定的限制； (2) 超高频法[12][13]：英国 Strathclyde 大学提出的超高频(Ultra High Frequency，UHF)法目前已经成功应用到 GIS 生产和运行中，它是一种利用超高频率信号进行局部放电监测的方法。在 UHF 法中传感器并非起电容耦合的作用，而是接收 UHF 信号的天线，所以 UHF 法的原理与脉冲电流法是不同的。它最主要的优点是高灵敏度，并能够通过放电源到不同传感器的时间差对放电源进行精确定位。它对传感器的采集精度和带宽要求很高，因此造价较高； (3) 超声波法[6][14]：由于 GIS 内部产生局部放电信号的时候，会产生冲击的振动及声音，因此可以用腔体外壁上安装的超声波传感器来测量局部放电信号。超声波法是目前使用的除 UHF 方法之外最成熟的局部放电监测方法。该方法抗电磁干扰性能好，但是由于声音信号在 SF6 气体中的传输速率很低(约 140m／s)，且信号中的高频部分衰减很快，信号通过不同介质的时候传播速率不同，且在不同材料的边界处会产生反射，因此信号模式变得很复杂。它要求操作人员