关于GIS试验的典型问题分析及解决措施探讨

兰 柏，汪波涛，陈 瑞，王 勇

（国网新源控股有限公司技术中心，北京市 100161）

关于GIS试验的典型问题分析及解决措施探讨

兰 柏，汪波涛，陈 瑞，王 勇

（国网新源控股有限公司技术中心，北京市 100161）

近年来，GIS在国内电力系统中广泛应用，不同厂家的设备质量、使用要求和技术资料差别很大。在基建期、生产期出现的问题呈现多样化趋势，对设备管理工作提出了更高的要求和挑战。为妥善应对该形势，需要不断探索新的试验方案，采用有效试验方法及手段，准确诊断各阶段设备出现的质量问题及缺陷。现阶段，关于实际工程中GIS试验典型问题的研究成果或技术总结很少，导致实际试验工作过多依赖个人经验、随机性强，一旦未及时发现有关的设备缺陷，将导致部分设备带病运行，影响安全稳定生产。本文研究了近年来普遍应用的GIS，重点关注典型问题，力求探索出具备推广价值的试验及诊断方法，保证电气设备安全、稳定运行。

GIS；多元化；试验；缺陷；诊断

0 引言

近年来，GIS以其占地面积小、运行安全、可靠性高、适应恶劣环境能力强等诸多优点在电力工业中迅猛发展，并国内电力系统中广泛应用[1,2]。目前，国内电力系统中运行的GIS设备来自国内外不同生产厂家，电压等级、设备结构、型式多样。由于不同厂家的设备质量、使用要求、运行条件、技术资料差别很大，在基建期、生产期，GIS出现的问题呈现多样化趋势。回路电阻过大导致的温度升高、系统相位错误、回路断线、开关跳闸、绝缘烧损等故障常常并发，一旦出现事故，将导致大范围停电，检修、维护困难[3-6]。因此，工程质量、设备缺陷和故障诊断成为了行业内关注的焦点。

现阶段，从事试验岗位的工作人员一直探索有效试验方法及手段，来准确诊断各阶段设备出现的质量问题及缺陷，杜绝或减少故障的发生[7-10]。然而，关于实际工程中GIS试验典型问题的研究成果或总结很少，大多数研究文献或科技论文集中在纯理论方面的研究，另一部分文献的研究深度则非常有限，亟需实用价值高的技术文献作为相关岗位工作人员交流和学习的纽带。实际试验工作受制于个人工作经验、应对能力，随机性强，不同地域的各企业间试验工作质量参差不齐，一旦未及时发现有关设备缺陷，将导致部分设备带病运行，最终影响安全稳定生产。本文以近年来国内普遍应用的GIS为研究对象，重点关注各阶段的典型问题或缺陷，着力探索出具备推广价值的试验、诊断及消缺方法，保证电气设备安全、稳定运行。

1 回路电阻

1.1 案例

某变电站GIS本体安装完成后，准备进行回路电阻测试，试验人员发现厂家的技术资料中关于GIS回路电阻的测试要求只能在厂家组装过程中或设备解体后才能实现，导致现场无试验依据。

厂家提供的安装使用说明书、出厂试验报告给出了回路电阻测试方法、管理值和出厂试验数据，具体情况如下：

（1）厂家安装使用说明书指出GIS设备各元件及各运输单元的主回路电阻已经在出厂前测试合格，现场试验可对各运输单元及对接完成后的整体进行回路电阻测试及调整。

（2）厂家安装使用说明书给出的各运输单元内各段的回路电阻管理值存在差异，且部分管理值给定的是内部导体、断口、有关连接部分回路的数据，只能在设备解体后试验，这与第（1）条要求矛盾，导致该部分试验无法进行，该工程某个运输单元标定的管理值见图1。其中，QEF指快速接地开关，QS3指隔离开关，QE1/QE2指接地开关，QF指断路器，QSF1/QSF2指快速隔离开关。

图1 运输单元标定的回路电阻管理值

（3）出厂报告只有对各间隔内的断路器、隔离开关、接地开关进行了单独回路电阻测试管理值及实测数据，该工程某个运输单元的出厂试验报告数据见表1。

表1 回路电阻出厂报告数据

可以看出，厂家提供的技术资料没有考虑到现场交接或预防性试验的实际测试条件，也没有GIS组装后整体回路电阻的测试方法和数据。一方面，导致无法判断出厂前整体回路电阻是否合格；另一方面，现场试验因没有匹配的试验位置及管理值而无法进行，无法进行后续工作。

1.2 应对措施

考虑到现场可行的测试方法，并保证全部回路中各断口或连接部位经过测试考核，拟定了整体回路电阻测试方案。该方案经厂家及运维单位认可后，由厂家根据方案要求的测试位置计算管理值，该管理值考虑了母线、导体、连接部位、各断口、出线的设计及工艺数据。

试验人员组织了厂家、监理、运维单位专业人员参与测试过程，采用的试验方法及试验数据见图2、表2。其中，F1至F7Ⅰ母为F1间隔进线套管经Ⅰ母线至F7间隔出线套管，F1至F7Ⅱ母为F1间隔进线套管经Ⅱ母线至F7间隔出线套管，QEF至QE2为快速接地隔离开关QEF至接地隔离开关QE2。

图2 整体回路电阻测试方法

图2中试验回路利用了母线作为各间隔的联络，既充分利用了各间隔可测试点（套管终端、接地开关接地扁带），也交叉检验了母线回路电阻，一举两得，对于阻值超差的回路可继续分段测试，定位缺陷断口的位置，达到精确诊断的目的。

表2 整体回路电阻试验数据

1.3 应用效果

根据表2的试验数据分析，可以判定该GIS回路电阻指标满足投运要求，可以进行后续安装及试验工作。此外，该数据为工程投运后检修、预防性试验工作提供了有价值的对比依据，得到了运维单位的一致认可，该试验回路可以直接应用于后续试验，也可作为衍生其他试验回路的参考。截至目前，该GIS回路电阻试验工作一直顺利进行，未发生回路电阻超差导致的运行事故。

2 相位错误

2.1 案例

某变电站GIS进行电流互感器变比试验，发现了相位错误。具体情况如下：

按照设计院提供的主接线图、平面布置图确定一次侧相位，进行变比测试，发现连续几个绕组的变比测试均中断，仪器显示变比＞50000∶1。根据测试原理和仪器错误提示，初步判定测试回路存在断线、线圈缺陷、相位错误等缺陷。

针对以上现象，安排了一次回路、二次线圈的电阻试验，试验结果见表3、表4。其中，表3数据为折算至出厂试验温度20℃的数据，二次线圈的电阻试验温度为25℃。

表3 一次回路电阻试验数据

表4 电流互感器二次绕组电阻试验数据

可以看出，该间隔采用的一次被测回路、三相电流互感器二次绕组电阻试验数据合格，排除了一次回路开路/接触不良及二次绕组缺陷的可能性。

为证实是否相位错误，重新布置了测试回路见图3，分别进行了U相、V相、W相特性试验，其中，V相试验数据正常，U相、W相均测试中断，故障现象及仪器故障信息如上所述，通过进一步分析，判断存在U相、W相整体相位倒置的可能性。

图3 电流互感器测试回路

图4 W相电流互感器测试回路

采用一次侧接线不动，二次回路接线倒换至电流互感器W相二次绕组端子盒各绕组引出端子进行特性测试，试验数据正常与出厂试验W相数据呈现相同的规律，完全证实了以上推断正确，U相、W相整体相位倒置。经系统研究，实际W相电流互感器特性试验回路见图4。按照U相、W相二次绕组对换测试方式完成了该间隔的各项试验，试验数据见表5。其中，In是试验电流占额定电流的比率。

表5 电流互感器变比试验数据

续表

可以看出，该间隔三相电流互感器特性试验数据合格，按此方案进行了后续电流互感器特性试验，存在同样的相位错误缺陷。考虑到缺陷的一致性、普遍性及工程实施阶段，设计或设备生产环节可能存在问题。为深层分析相位错误的原因，详细研究了设计院、厂家的技术资料，并联系了有关人员反映了设备存在的问题及故障现象。经了解，在设计阶段，设计院与设备厂家确定相位后，厂家按照平面布置安排了生产及配线，此后设计院按照业主有关部门要求调换了U相、W相的相序，而厂家未得到变更通知并按原设计要求发运设备。

2.2 应对措施及建议

考虑到一次侧相位必须满足设计院布置方案及现场可操作性，所有一次侧设备本体不作调整，只调整一次侧U相、W相两相的相序颜色，对调U相、W相电流互感器二次接线端子盒至汇控柜的设备本体二次线接线端子标示。针对以上分析的深层原因，建议设计院、设备厂家的技术人员在设计及设备生产阶段要有效沟通，严格、规范化管控变更程序，从根源杜绝该类型缺陷的形成和返工。

2.3 应用效果

以上分析过程系统、清晰，处理方法简洁、高效，妥善消除了相位错误缺陷。此外，在后续试验过程中，运用相同的方式进行了电压互感器、断路器、隔离开关等设备的相位错误识别和处理，有效避免了潜在事故。经了解，该类型缺陷近期普遍存在，对偶然出现的该类型缺陷，可以借鉴以上方法进行分析及处理。

3 互感器回路断线、串线、极性错误

3.1 案例

某变电站GIS进行电流互感器试验，发现了回路断线、串线、加极性问题。具体情况如下：

以某间隔电流互感器测试举例说明，存在绕组直流电阻测试数据超量、极性错误问题，试验数据见表6。

表6 直流电阻与极性测试数据

3.2 应对措施及建议

可以看出U相绕组1、U相绕组4、V相绕组2、V相绕组3、W相绕组1、W相绕组3存在测试回路断线，经初步检查测试仪器及线路正常。为进一步确认是否存在电流互感器二次绕组或其引出线断线、各绕组串线，拆除了所有二次端子盒至LCP柜的接线端子，对以上故障绕组进行各端子交叉组合测试，测试数据见表7。

表7 直流电阻复测数据

根据表7中的复测数据，结合端子盒内端子标识，可以判定U相绕组1抽头端子S2与V相绕组2抽头端子S2接串线，U相绕组4端子S3与W相绕组3端子S3接串线，W相绕组1、V相绕组3存在二次绕组或其引出线断线，经解体后发现二次端子盒内部接线断开，绕组本体无缺陷。同时，安排了极性测试，发现U相绕组3、W相绕组4端子接反。针对以上问题集中进行了消缺处理，消缺后再次进行绕组直流电阻测试，数据合格，见表8。

表8 消缺后直流电阻复测数据

图5 电流互感器典型问题原理

以上串线缺陷只是两个绕组间的情况，新建、改造、检修工程现场经常遇到几个线圈交叉串线情况，需要多种组合测试，比较有效的办法是：把出厂试验数据折算到现场温度，根据同类型绕组电阻相近的规律及非缺陷绕组的试验数据可以快速、精准的锁定串线位置。当以上缺陷组合发生在同一绕组时，可以借助直流电阻、极性测试、回路导通等复合试验方式，从设备本体处开始测试、排查，提高分析效率、提升处理效果。

3.3 应用效果

断线、串线、极性接反的情形可能发生在二次绕组本体、绕组到二次端子盒引出线、二次端子盒到LCP柜、LCP柜到各盘柜等各段电缆处，见图5，以上三类缺陷同样可能存在于电压互感器。此外，串线、极性接反的情况，可能由接线端子标识接错产生。

进一步延伸，断线、串线是各个电气设备常见的质量通病，其他各类电气设备同类型缺陷的分析及处理可以借鉴以上思路和方法。

4 结论

（1）本文研究了国内普遍应用的GIS，结合工程实际案例，对GIS试验中的典型问题进行举例，通过GIS回路电阻、相位、互感器回路缺陷进行数据统计及定量分析，找出缺陷或问题产生的原因，提出了有效的处理策略和方法，并进行了相关性、方法论延伸及应用效果分析。

（2）部分GIS设备厂家出厂技术资料无法满足现场使用及参考需求，需要结合现场试验条件制定现场试验方案及标准，为后续生产、检修提供可行的试验方法和有价值参考数据。为从根源上解决问题，一方面，要求有关厂家针对现场遇到的问题，改进后续产品设计及试验方案，更好地指导设备管理工作；另一方面，在招标阶段细化技术条件，完善企业、行业有关标准，引导设备厂家规范化、一体化设计，精细化生产。

（3）本文通过有限的举例和深入分析，力求探索出针对性强、有效的应对措施。识别、诊断和应对方法具备普遍的推广价值，可以作为同类或类似问题识别及处理的参考。案例的分析过程及思路可以作为缺陷或故障分析及处理培训的指导性实例。

（4）GIS设备缺陷呈现多元化趋势，需要从业人员不断研究各阶段故障现象，深入分析原因，总结推广性强的故障诊断试验方法及应对措施，通过论文、技术总结、技术标准、研讨等形式搭建交流的渠道，充分发挥协同效应，全面提升行业整体水平。

[1] 纪玉章，陆惠军，董和.全封闭组合电器（GIS）的技术特点及其安装调试.新疆石油科技，2006，16（3）: 55-57.

[2] 李润春，王露钢，刁志昆.GIS组合电器的安装工艺及关键控制要点[J]. 电力建设，2010，31（1）: 37-39，44.

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兰 柏（1982—），男，黑龙江哈尔滨人，高级工程师，硕士，主要从事电力系统高压电气设备试验及故障诊断工作。

汪波涛（1980—），男，湖北武汉人，工程师，学士，主要从事电力系统高压电气设备试验及故障诊断工作。

陈 瑞（1981—），女，河南郑州人，高级工程师，硕士，主要从事电力系统高压电气设备试验及状态评价工作。

Analysis and solutions on typical problems in GIS Tests

LAN Bo, WANG Botao, CHEN Rui, WANG Yong
（Technology Center of State Grid Xinyuan Company Ltd.,Beijing 100161, China）

In recent years, GIS has been widely application in power system in China, the quality of equipment, usage requirements, technical references are very different from various manufacturers. Issues of diversity during capital construction stage and the production period raise higher demands and challenges for device management. To properly deal with the situation and to diagnose problems and defects of the equipment in the different phases, new testing program needs to be explored, effective test method and means has to be applied. At present stage, there are few research results and technical summaries of typical problems in GIS Tests of actual projects. Relying too much on personal experience, the actual test work has much randomness. Eq-uipments will run with failure, once the test personnel can’t identify various equipment defects in time, which affects its safe and steady operation. GIS which came into common use in recently, is used as the research subject in this thesis. This thesis focused much of its attention on typical problems in GIS Tests. Tests and diagnosis method with much more widespread use will be explored to ensure the secure and stable operation of electrical equipments.

GIS; diversity; test; defect; diagnosis