摘要：组合电器(UIS)广泛应用于电力系统各电压等级中，以其优异的可靠性、安全性、免维护性而备受青睐，但在生产和安装过程中不可避免存在缺陷，一旦GIS发生事故就将对系统造成很大影响，因此及时发现GIS设备潜伏性缺陷并尽快处理是避免事故发生的重要手段。本文对一起GIS本体发热进行研究，并最终给出发热机理及处理方案。
关键词：组合电器；罐体发热；原因分析
前 言：GIS组合电器在电力系统中具有众多优势，例如安全、稳定、可靠，且利于环保和占用空间小等，大幅度提高了电力系统运行的安全性能，符合当今国家提倡的节约、集约用地政策，是未来发展的方向。但是部分企业供电系统GIS组合器在生产和运行当中还存在一些问题。GIS组合电器在现场运行过程中，偶有出现泄漏气体故障，该气体主要为氟化物，严重威胁了周围环境和动植物;GIS组合电器绝缘故障查找困难，不仅影响供电系统运行，因其结构紧凑还给修复带来了考验。GIS组合电器故障严重制约了企业供电系统生产和经济效益，为此，本文针对组合电器GIS发热问题，提出改进措施，以期解决现在面临的难题，提高设备使用年限。
一、GIS组合电器构成
电力中心的GIS组合电器主要由两大部件构成，分别为外壳和元器件。GIS组合电器元器件主要包含断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、进出线以及各种开关等。GIS组合电器外壳主要为金属构成的筒状物，在导电杆和绝缘封闭腔内注有一定量的SF6气体，该气体的作用的是绝缘和充当灭弧介质。
某企业供电系统的GIS组合电器壳体采用的是三相共筒式，目的是减少断路器、隔离开关和接地开关繁冗的连接、各种线体缠绕，提高其安全可靠性。
二、 GIS组合电器典型故障统计
该企业对这几年GIS组合电器运行中的故障进行统计，主要故障为SF6气体泄漏、绝缘故障等，造成的原因是制造、选材或者设计、安装误差和失误，为此，针对这些故障，本文提出改进措施，以提高GIS组合电器的寿命。
1、组合电器绝缘缺陷
GIS组合电器绝缘故障分为4大类，即气隙缺陷、金属污染、导电微粒杂质、高压导体突出。气隙缺陷主要是在制造时产生的，装配误差引起导体产生气隙或者环氧树脂热涨内缩产生内部空隙，气隙带来的危害主要为组合电器元器件表面放电。金属污染是在安装生产中GIS组合电器内部存在的一些金属微粒造成，这些金属微粒在电场作用下产生运动，给设备带来危害。导电微粒杂质是细小颗粒在GIS组合电器中的金属管内获得电荷，从而在电场中形成微电流，对组合电器形成的电流、电场影响，电流、电场超过一定程度，严重影响组合电器工作。高压导体突出是生产GIS组合电器时受工艺影响产生，例如焊接疤痕、毛刺等未被清理，在气体室内形成突出的高压导体，严重影响组合电器的绝缘性。
2、组合电器SF6泄漏故障
GIS组合电器泄漏SF6气体，气体室的气体密度降低，引起组合电器内部绝缘性能降低，而且会给与组合电器相关联的电气设备造成安全隐患。 GIS组合电器分支泄漏气体主要是盆式绝缘子与法兰连接出现问题，连接处出现松动，密封性质量差;母线漏气原因是伸缩节质量较差，紧固螺栓力矩不够，未严密封实，另外就是组合电器随着时间推移，长期运行造成密封圈受磨损而出现松动。SF6气体泄漏不仅影响设备安全运行，而且会危及工作人员生命安全，成为GIS组合电器运行中的重大安全隐患。
三、GIS本体发热案例及分析
1、案例基本情况
2019年5月，对某110kV变电站110kV组合电器进行红外测温时，发现受总102间隔GIS罐体上部过热，从不同角度对GIS进行红外检测。检测时环境温度为23℃，湿度为50%。
2、GIS设备基本信息
该站110kV组合电器为某公司ZFW20-126型号产品，三相共体结构，依次是受总102、进线114、备用113间隔。检测时，负荷电流依次是10, 10,0A。
为了便于分析，根据内部结构将该UIS从上至卜分为三部分。第一部分是弹簧机构操作箱，包括弹簧储能、分合闸机构、加热器。
第二部分和第一部分是隔离不连通的，内部充满SF6气体，主要部件是分合闸指示器、防爆膜、绝缘拉杆等;第三部分和第二部分是联通的，第三部分是三相共体断路器气室，包括各种绝缘件及灭弧室。
3、GIS红外图谱分析
应用FLIR软件进行分析，受总102间隔第二部分整体发热，发热部位最高温度为34. 3℃，相邻间隔相同部位温度为25. 4 0C，温差8. 9℃。
应用FLIR软件进行分析，受总102间隔两处发热。一处是受总102间隔第一部分局部发热，即弹簧操作机构箱内部局部发热，该发热现象在进线114、用113间隔同部位也存在，分析是操作机构箱内部加热器所致。因为加热器正好处于操作机构箱左面，所以站在角度二能拍摄到清晰局部红外过热现象，而站在角度一，局部过热不明显。另一处是受总102间隔第二部分整体过热，与红外热像图谱一致。
结合GIS内部结构，很容易理解受总102间隔第一部分局部发热现象是弹簧操作机构箱内加热器所致，但第二部分整体发热现象就令人费解了，而且不同被试设备温差达到了8. 9℃，同时排除了其他物体反光的可能性。厂家建议先关闭受总102间隔加热器，作进一步观察。
4、加热器关闭2h后分析
关闭受总102间隔加热器2h后，进行红外测温。受总102间隔弹簧操作机构箱内加热器引起的局部过热现象消失了，但受总102间隔第二部分整体发热现象仍存在。鉴于该部位发热为GIS本体发热，且温差达到5 k-6 K，因此对受总102间隔开展其他带电检测项目。
5、其他带电检测分析
对受总102间隔进行超声波局部放电检测、特高频局部放电检测、SF6气体湿度及分解产物检测，均未发现异常。由于受总102间隔其他带电检测项目正常，且各气室表压正常，负荷电流为10A，因此采取随时进行红外测温，继续观察该过热现象的措施。在加热器关闭24 h后，该间隔过热现象彻底消失。
6、停电检修
由于加热器处于弹簧操作机构箱内部，容易误碰分合闸装置，因此要处理该缺陷需进行停电检修。打开操作机构箱外壳，机构内部有2组加热器及1个温湿度控制器。其中，垂直放置的红色面板是50w加热器，水平放置的红色面板是200w加热器，竖直放置的黑色小部件是温湿度控制器。
50w加热器为常开状态，不受温湿度控制。50w加热器受温湿度控制器调控，在设定情况下启停。该间隔的温湿度控制器设置是低于5℃启动，高于15℃停止，湿度高于85%启动，湿度低于70%停止。50w加热器、200W加热器、温湿度控制器通过一组电源线连接于汇控柜内。
7、过热缺陷分析
根据受总102间隔过热图及设备内部结构，分析GIS罐体上部发热主要原因有两方面。
(1)弹簧操作机构箱内局部过热由50W加热器引起，该加热器为常开状态，在各间隔均能检测到局部过热，属于正常现象。50 W加热器置于空气中，散热效果好，在加热器电源关闭后，该部位过热很快消失，且不会导致GIS壳体发热。
(2)罐体过渡部位整体发热由200 W加热器引起。该加热器功率大并紧贴于GIS壳体上部，对GIS均匀加热，会导致GIS壳体呈现整体发热现象。另外，GIS钢壳散热较慢，导致加热器关闭2h后，GIS壳体仍呈现上部过热现象，随着温度的缓慢降低，24 h后过热现象才彻底消失。导致200 W加热器启动的原因有:弹簧操作机构箱内温度低于5℃或湿度大于85%，温湿度控制器正常启动加热器;温控器出现问题，非正常启动加热器。
通过进一步查找故障原因，确定此次GIS罐体过热由温湿度控制器控制回路问题引起。换上新的温湿度控制器后，GIS带电运行正常。
三、结语
总而言之，UIS内部充满几个大气压的SF6绝缘气体，GIS本体过热需要较高的能量，因此一旦出现GIS本体过热现象，就需引起高度重视，尽快查找过热原因并进行处理。
参考文献：
[1]唐忠秋.GIS组合电器罐体发热分析[J].红水河,2017,35(6):54-56.
[2]杨韧.GIS发热机理和防治措施研究[J].电网技术,2016,35(11):118-123.