气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,简称GIS)是一种以SF6气体作为主要绝缘介质并将断路器、隔离开关、接地开关、PT、CT、避雷器、母线、进出线套管、电缆终端等封组装在一起的电气设备。由于GIS采用的这种积木式设计,使得其结构十分紧凑,占地面积大大的缩小,如:电压等级为110kV的GIS的总占地的面积跟常规的变电站比起来,仅占变电站的7.6%,该特点在目前城市土地资源稀缺的情况下是十分重要的,加之GIS维护工作量小、运行可靠性高,它己逐渐成为现代城市电网和超特高压电网的主要装备之一。下图是一典型GIS现场安装实物图。
GIS实物图
GIS设备运行状态稳定,可靠性优于普通的电气设备,但在运行过程中,温度外力等的作用会导致GIS的内部绝缘出现时效老化;在制造、运输、安装调试、运行和维修过程又可能因为各种人为的不可控因素产生或残留金属微粒、刮痕等绝缘隐患。这些缺陷将影响GIS内部的电场分布,致使局部的电场发生畸变,导致GIS内部发生局部放电(Partial Discharge,简称PD),长期的PD则会引起绝缘子的劣化、SF6分解,引起绝缘介质绝缘强度降低或失效。GIGRE23.10工作组关于GIS故障的统计数据显示:1985年之前所有己经投入使用的GIS设备,共发生故障562次,其中绝缘故障占的比例为60%;1985年之后,所有己经投入使用的GIS设备共出现故障247次,其中绝缘故障占51%。GIS发生故障时的故障原因是多样的,国家电网公司针对这个情况对电压等级在72.5kV-800kV内的GIS设备的运行状况进行了系统性的分析,统计得到,GIS总共出现故障次数为33次,有24次是绝缘事故,有13次是绝缘故障,分别占事故总数的72.7%和17.6%。因此,GIS的绝缘问题必须引起重视。
当GIS内部发生绝缘故障时,最先出现的就是PD,若不及时发现,将演变成闪络甚至绝缘完全击穿,由此看来,PD既是加剧绝缘劣化的主要原因,同时由于PD信号含有丰富的能反映由各种绝缘缺陷导致的绝缘故障的信息,所以可以通过分析PD信号来得知GIS的绝缘状态。由此,对GIS设备进行PD在线监测是目前保障GIS能够安全稳定运行的主要技术手段。