GIS设备智能化应用研讨及问题解决方案

吕均甫 岳浩磊

（平高集团有限公司，河南 平顶山，467001）

摘要：随着国家对智能化电网的大力投入和实施，GIS智能化设备开始应用到了电网中，在智能化设备成套、安装、试验中出现多方面的问题，本文主要针对GIS智能化设备在设计、制造、出厂试验和现场安装等过程中遇到的问题进行分析和提出相应的解决方案。

关键词： 智能化 GIS 问题 解决方案 一、 GIS智能化设备概述

智能化高压开关设备整体上包括开关设备本体和智能组件，智能组件结构图如图1所示。

图1 智能组件结构图

在开关设备本体上安装各种传感器（包括电子式互感器、分合闸线圈电流传感器、储能电机电流传感器、位移传感器、局部放电传感器、SF6气体状态传感器等）和操作机构。传感器通过感知开关设备本体的各种状态参量，通过数字量或模拟量的方式传给智能组件，由智能组件上

报给智能变电站上层系统。智能变电站上层系统可根据获取的状态信息，实现对高压开关设备状态的观测来支撑智能电网的优化运行，同时智能变电站上层系统根据观测的结果对智能组件发送指令，智能组件经过逻辑判断后发出指令给操作机构执行分合操作，达到智能电网优化控制的目的。

二、 GIS智能化设备应用 1.高压开关设备智能组件

1） 开关设备控制器（又称智能终端，根据工程需要，可增加选相合闸功能，合并单元需要给选相合闸提供电流电压数据通道。开关设备控制器和选相合闸装置可也可集成一个装置）开关设备控制器应能接收测控装置和继电保护装置的控制指令，通过机构箱控制完成开关设备的分、合闸操作，并对开关设备相关参量进行测量，向测控装置返回控制状态。 2） 测控装置

完成系统电流、电压及功率因数的测量，将测量结果通过DL/T860 通信协议网络上传；并接收后台的指令完成高压开关设备的遥控。 3） 监测主IED

对所有状态监测IED 的数据综合分析，并将分析结果通过DL/T860 通信协议网络上传。 4） 局部放电监测IED

对高压开关设备的局部放电的监测,并将监测信息通过DL/T860 通信协议网络上传。

GIS 局部放电的检测技术可分为两类：一类为电测法，包括传统的耦合电容法，高频法和超高频法(UHF)[1]；另一类为非电测法，主要包括声测法、光电法和化学法等。在这些方法中，由于UHF 法具有灵敏度

高、抗干扰能力强、能进行局部放电源定位和识别绝缘缺陷类型等诸多优点，所以被认为是GIS 现场检测技术中具有广泛应用前景的方法。[2] 5） 机械状态监测IED

实现对高压开关设备的机械特性，储能电机工作状态，开断电流等的监测,并将监测信息通过DL/T860 通信协议网络上传。

下面主要介绍分（合）闸线圈电流监测

电磁铁是高压断路器操动机构的重要元器件之一，高压断路器一般都是以电磁铁作为第一级控制元件。当线圈中通过电流时，在电磁铁内产生磁通，铁心受磁力作用吸合，使断路器合作或分闸。线圈的电流波形包含着不少信息，反映了电磁铁本身以及所控制的阀门以及连锁触头在操作过程中的工作情况。典型的线圈电流波形如图2所示，这一波形根据铁心运动分为下列5 个阶段：

图2 操作线圈电流波形

(1) t=t0~t1 线圈在t0 时刻开始通电，到t1 时刻铁心开始运动。在这一阶段的特点是电流上升，铁心还没有运动。

(2) t=t1~t2。在这一阶段，铁心运动。 (3) t=t2~t3。在这一阶段，铁心停止运动。

(4) t=t3~t4。这一阶段是上一阶段的延续，电流达到近似的稳态。 (5) t=t4~t5。这一阶段是电流的开断阶段。

通过以上几个不同特征时间的分析可以诊断断路器部分机械故障趋势。[3] 6） 合并单元

实现对电流互感器和电压互感器的电流、电压信号的同步和合并，并通过DL/T860 通信协议网络上传。

随着智能电网的建设，电力企业需要更准确地把握电力系统的实际运行状态，这就对互感器提出了更高的要求。传统电磁式互感器由于具有磁饱和、动态范围小等固有的不足，随着电压升高，其结构将更复杂、体积将更大，已很难满足电力系统发展的需求。因而，研制基于新原理、新材料的互感器变得尤为重要。随着光电子技术、微电子技术及光纤通信技术的进步，纯光纤互感器、磁光玻璃互感器等电子式互感器得到了快速发展。这些电子式互感器能有效克服传统电磁式互感器的缺点，在我国已有数百套电子式互感器投入运行。

总体来说，智能高压设备不仅仅是测量与控制技术的革新，对变电站设计、电网运行乃至高压设备本身的发展，都有重大影响。智能高压设备的应用将使整个变电站向着更加简约、可靠和智能的方向发展。[4]

以上IED 中，第1、3 项为必选项；第4、5 为可选项，但至少选择一项；第2、6 项为可选项。当仅选一个监测IED 时（第4、5 项中的1 项），可与监测功能组主IED 合并。实际工程中可根据需要确定合适的应用方案。

2. 智能组件的安装及调试

2.1 监测主IED安装及配线。 a) 开箱检查

安装前，应检查包装箱的数量是否与交货单相符，包装箱是否损坏，并按照装箱清单清点零部件是否相符。 b) 安装注意事项

1）确认安装工具安全，功能正常 ；

2）确认设备已经检验，并且绝缘与接地良好； 3）注意各个设备上的警告、危险等标识。 c) 安装流程

1）确认装置（或机柜）的安装位置，并固定； 2）配置装置中各部分线路，并进行测试； 3）连接各模块之间的通讯线后检测； 4）连接各模块电源线；

5）再次对各种连接进行检查，确认连接的准确性与可靠性。 d) 安装后调试前检查

1）按照图纸检查接线端子接线是否正确； 2）检查接地线。 e) 调试

调试在设备总体安装完成后，由各个装置供货厂家的专业技术人员在指定地点进行统一调试。 2.2 开关设备控制器安装与调试。

开关设备控制器应能接收测控装置和继电保护装置的控制指令，通过机构控制完成开关设备的分、合闸操作，并对开关设备相关参量进行测量，向测控装置反馈状态信息。开关设备控制器安装于智能组件柜内，在厂内完成安装及配线。 a) 开箱检查

安装前，应检查包装箱的数量是否与交货单相符，包装箱是否损坏，

并按照装箱清单清点零部件是否相符。 b) 安装注意事项

1、确认安装工具安全，功能正常 ；

2、确认设备已经检验，并且绝缘与接地良好； 3、注意各个设备上的警告、危险等标识。 c) 安装流程

1、确认装置（或机柜）的安装位置，并加以固定； 2、连接各部分所需线路，并进行仔细测试； 3、连接装置中各部分之间的通讯线后仔细检测； 4、连接各部分电源线；

5、再次对各种连接进行检查，确认连接的准确性与可靠性。 d) 安装后调试前检查

1、按照图纸逐个检查接线端子接线是否正确； 2、检查接地线； e) 调试

调试在设备总体安装完成后，由各个装置供货厂家的专业技术人员在指定地点进行统一调试。

3.智能组件在安装应用中的注意事项

传感器为精密电子元件，打开包装检查传感器及其附件配置是否齐全，并确保表面完好无划痕，安装时需要注意轻拿轻放。传感器及其附件必须按照安装说明书要求进行安装，需要特别指出的是： a) 小电流传感器的安装

除了将小电流传感器（见图3）牢固的固定在智能组件柜内的卡轨上外，应该特别注意穿线方向。

图3 小电流传感器安装示意图

电缆线穿过小电流传感器的穿越方向与小电流传感器实物上标示方向保持一致。

b) 数字位移编码器的安装

需注意保持安装过程中所有接触面的清洁，安装编码器时，确保装配轴同轴度（过渡杆与传动轴之间的同轴度）在0.5mm 范围之内。安装过程中需注意编码器附件及编码器的安装顺序。数字位移编码器安装于过渡杆上后，移动至安装位置（110kV 电站根据过渡板的位置调整，220kV 电站根据过渡弯板调整）后，用内六角扳手紧固编码器卡环上的内六角螺栓。数字位移编码器附件与GIS 本体连接用螺栓安装时涂厌氧胶。

c) 微水密度变送器的安装

图3 SF6 微水密度变送器外形及接口图

微水传感器组部件整体（附带C、D 型接头）已经在传感器供货厂家通过密封、检漏等检验，安装时不得重新打开。需要注意的是，微水密度传感器在工程现场安装，必须在现场进行气室处理之前将微水传感器组部件中的C 型接头端直接安装至GIS 留出的D 型接头上，并使用微水传感器组部件中的D 型接头端预留出的补气口对本体进行气室处理。 d) 避雷器在线监测器的安装

安装避雷器监测器时，需要将原来的表头更换为避雷器监测器厂家提供的表头，并在避雷器箱体上预留电缆出线孔（出线孔位置朝向线槽以方便走线）。若避雷器采集单元模块安装于GIS 本体或智能组件柜内，需要与避雷器在线监测器厂家协调详细安装事宜。

e) 局部放电传感器的安装

图4 特高频传感器的布置图

当电站要求有局部放电的监测要求时，需要注意局部放电传感器的布置方式及安装位置。当选择配置内置局部放电传感器时，将传感器安装于GIS 本体各布置位置筒体的开孔处。当选择配置外置局部放电传感器时，传感器安装于GIS 的盆式绝缘子处检测局部放电信号。（注：GIS 本体盆式绝缘子外有金属法兰时，需要对金属法兰做相应处理以防屏蔽 局部放电信号；盆式绝缘子外无金属法兰时，直接安装于GIS 的盆式绝缘子处。）此处绝缘盆子外面的金属环须有开孔等处理，使得局部放电信号能够传输。当选择配置内置局部放电传感器时，安装时需确定局部放电传感器供电电源的的安装位置是否在屏蔽罩内，同时保证局部放电传感器的出线孔位置朝向线槽以方便走线。所有传感器在安装过程时，避免强烈冲击、磕碰，并保证所有螺栓螺钉可靠紧固。 三、 GIS智能化设备应用中的问题及解决方案

据不完全统计，自2011年6月至2012年4月不足一年时间，GIS智能化设备零部件在进厂检查和现场安装、监造过程发现各类质量问题38起，主要问题是绝缘电阻不良、磕碰划伤、漏气和铭牌错误。

智能化元件的及时成套性很差，很多情况在电站发往现场时仍然有

欠件情况发生，一些智能化元件用户指定厂家给GIS设备制造厂组织成套带来了困难，延长了出厂试验、现场安装调试周期，GIS制造厂交货也因智能化元件欠件推迟。主要包括状态监测IED、交换机、数据采集器、光纤熔接盒、智能终端、滤波器、防雷器、电流模块等造成成套组织困难。

装配遇到的问题及解决方案

1. 智能组件上的插件标识、位置、序号与图纸不符，数量不一致，需要对原理图、配线施工图、使用说明书，具体位置确定颇费周折。

2. 接线端子较小，接双线比较困难，容易松动，建议尽量不要设计双线，很多地区已经要求端子不允许接双线了。

3. 智能化设备厂家要掌握GIS设备的装配工艺要求，比如：如何防止气室内异物的产生和残留、气密性要求、防止高压放电及局放、气室内线圈的防潮处理。

4. 智能组件太多，由于受到一次本体的，过多的智能组件使得柜体的宽度和高度无法满足，刻意加宽和加高严重影响外观，此问题在三相共箱GIS间隔尤为突出。解决方案：按照标准配置，考虑柜体安装空间，智能组件高度集成，功能整合，比如合并单元和智能终端的整合设计、各IED和主IED的整合设计可解决该问题。

5. 智能化元件成套困难，智能化元件厂家很多，各厂家技术水平和质量状况、生产能力参差不齐，如果用户指定厂家，不仅成套困难、质量无法控制，试验方法、验收标准很难统一，造成制造周期加长。解决的方案：由GIS设备制造厂家总集成，厂家由GIS设备制造厂家确定，定期根据出厂试验、现场安装遇到的问题定期组织交流和及时反馈厂家。 四、结论

GIS智能化设备在应用方面存在很多问题，需要把智能化设计、组装、试验和安装形成标准化的程序和标准，每个环节都按照标准实施，·那

么在组装、试验和安装的应用过程中才能减少直至避免问题的产生， GIS智能化设备厂家之间的沟通也是应用过程中重要的环节，协调配合和标准化是保证GIS智能化设备顺利生产和按期投入可靠运行的关键。

参考文献

[1] GillesBazannery.气体绝缘组合电器(GIS)绝缘监测系统的发展近况. 国际电力,2002,6(4):41~43

[2]GIS控制和保护装置的研制 许学芳 华中科技大学 2006.0427 [3] 徐国政, 张节容, 钱家骊等. 高压断路器原理和应用. 北京: 清华大学出版社,2000.440~446

[4] 刘振亚，郑宝森等. 智能电网知识读本-智能变电站. 中国电力出版社，2010.3