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GIS设备发热研究进展

摘要：由于它的关闭，很难及时检测内部故障对地理信息系统(GIS)故障的

分析表明，过热问题往往导致火灾甚至停电。地理信息系统的优点是地面面积小、

运行可靠、环境友好、抗震、清洁要求最低、安装周期短、使用时间长、噪音低，

而且广泛用于电力系统。对此，本文简要介绍了GIS混合设备的功能特点，并详

细分析和探讨了GIS设备运行中的常见问题和预防措施。最后，根据我多年的实

际经验，对GIS设备的维修和检查的技术方面进行了研究。

关键词：GIS设备；SF6气体；内部发热；维护检查

前言

由于地理信息系统使用性能良好的SR气体作为隔热材料，因此称之为完全

封闭的组合装置。因此，地理信息系统设备的完全封闭结构也引起了维修和探测

问题。发生事故时，停电时间更长，影响范围更广，特别是对故障部件的影响更

大。目前，地理信息系统内部发热是地理信息系统运作中的一个常见问题。由于

GIS设备维护方面的缺陷，需要使用专门的探测设备来分析风险的原因和程度，

以便找到有效的解决办法。

一、GIS组合电器的功能特点

由于其结构紧凑、地面面积小、运行可靠性高、安全性高、安装时间短和维

护时间长，GIS完全封闭的气体绝缘开关设备(使用SF6气体作为绝缘材料)已在

苏发电厂得到广泛应用GIS打开柜由DL断路器、DS隔离开关、FDS快速接地开

关、CT电流互感器、VT电压互感器、SA避雷器、棒材、套管、电缆终端等辅助

电气部件组成。SF6气体是绝缘的，直接封闭在接地金属外壳内。地理信息系统

组合切换设备已在中国电力系统使用30多年，大大提高了中国电力系统的运行

可靠性。

二、GIS设备发热现状

1.GIS设备故障

放电、机体损伤、绝缘子故障、过热、绝缘杆故障和输电系统故障的总比例

为78%。当这些缺陷发生时，它们都伴随着热现象，也就是说，大约78%的缺陷

最终表现为热。如果不能及时检测到GIS设备的热量和处理，可能导致设备绝缘、

接触不良、火灾等并引发一系列严重的电气事故。热故障主要发生在接触和连接

上，例如GIS隔离开关触点和GIS总线隔离开关。缺陷特征主要是燃烧、黑化或

粉末的副产品。从南方电网地理信息系统事故统计分析来看，接线温度异常上升

的问题很重要。例如，2015年，线路异常升温占全年GIS故障总数的50%。因此，

不应忽视GIS温度异常上升的问题，必须研究GIS设备发热问题。

2.GIS设备发热分类

(1)电热设备。电热装置是一种因电流效应而产生热量的装置，其主要特点

是导体之间接触不良。当负载电流穿过导体电路中的金属导体时，会发生焦耳损

耗。(2)电压加热设备。电压感应加热装置是一种通过电压效应产生热量的装置，

其主要特点是环境损耗增加。在地理信息系统中，能量损失主要是由绝缘固体材

料(例如支柱绝缘子和隔离墙槽)的交流电压造成的能量损失。(3)磁场加热装置。

磁场加热设备是铁磁损耗增加所加热的设备，主要表现为铁芯磁滞和旋转。其他

热缺陷包括套管内缺乏油、套管柱头发热、接地主要丝杆发热以及因甲硫磷中断

引起的局部发热。

三、GIS设备发热理论研究

1.发热热源

载波电路的长期运行可能会产生热量，其热源主要包括载波电路的电阻损耗、

绝缘部分的支撑损耗以及可变磁场下的铁磁损耗。电阻损耗包括集中集肤损耗和

近距损耗，铁磁性损耗包括磁滞损耗和涡旋损耗。在地理信息系统设备中，热源

的主要来源是载流导体失去的焦耳、外壳和屏蔽中失去的滚珠丝杠、绝缘介质和

套筒等。因此，控制或降低GIS设备的热量可以减少阻力损失、铁损失和支撑损

失。影响强度损失的主要因素是:材料导电性；导体容许电流密度；接触电阻。

为了减少电能损耗，应选择具有tanδ电能损耗系数和较小的c绝缘体电容器的

材料。铁的损耗程度与频率和导电材料有关。GIS外壳采用不锈钢零件、铝板、

铝管等非磁性材料来减少磁铁的损耗。

2.传热过程

(1)导热。导热性是微颗粒在相对位置不变的物体之间的热运动所产生的热

量转移。(2)热对流。地理信息系统设备中的气体是sF6，它是一种可变形、流体

和体积流体。热对流是流体的宏观运动、流体不同部分之间的相对运动变化以及

冷流体和热流体之间的传热。(3)热辐射。任何物体都有热辐射，热辐射计算首

先计算辐射热转移角度系数，该系数确定实际辐射，然后确定辐射热转移。

3.GI