基于介质损耗监测的GIS气室介质故障诊断系统及方法技术领域
本发明涉及一种输变电设备状态在线监测技术，具体是一种基于介质损耗
监测的GIS气室介质故障诊断系统及方法，属于智能变电站技术领域
背景技术
气体绝缘组合电器(GasInsulatedSwitchgear，简称GIS)是把变电所里各种
电气设备除变压器外全部组合装配在一个封闭的金属外壳里，GIS与传统敞开式
高压配电装置相比，具有占地面积小、结构非常紧凑、安装快、不受外界环境
的影响、运行可靠性高、检修周期长、安装方便等优点。GIS气室常充以一定压
强的SF6气体，以实现导体对外壳、相间以及断口间的可靠绝缘。
当GIS制造、运输、安装和管理等环节出现问题后，易导致气室密封不良，
SF6气体泄漏，气室内SF6的压强和密度减小，导致设备内部绝缘性能及灭弧性
能降低；同时环境的水分和空气也会渗透至设备中，导致SF6气体中微水和微氧
的含量超过规定标准，在电弧作用下的微水与SF6和金属发生水解反应，产生剧
毒和腐蚀气体；局部放电也是GIS最常见的故障之一，局部放电时往往伴随着
SF6的分解物，如SO2和SOF2等；GIS设备非正常状态下的局部过热和局部放
电也将影响SF6气室的温度。以上故障的共同特征是均影响GIS气室中气体的
介电常数。
目前，针对GIS气室介质故障采取不同的监测方法，如使用压力传感器监
测GIS气体的压强、应用高分子电容式湿度传感器和压阻应变式压力传感器实
现SF6气体中微水和密度监测、根据局放分解物的成分识别局部放电类型及判别
局部放电程度等等。此外，根据局部放电时特高频电磁波的监测与分析，实现
GIS局部放电故障的诊断。总之，尚未有适用于GIS气室介质故障的统一监测
方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于介质损耗监测的GIS气室
介质故障诊断系统及方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
基于介质损耗监测的GIS气室介质故障诊断系统，包括介质损耗测试模块、
分析控制模块和输出显示模块；所述介质损耗测试模块检测气室高压导电杆与
外壳间的介质损耗正切值和气室分布电容参数，并将检测的介质损耗正切值和
电容参数发送给分析控制模块，所述分析控制模块根据介质损耗正切值和电容
参数进行故障判别，并将判别结果输送至输出显示模块显示。
基于介质损耗监测的GIS气室介质故障诊断系统的诊断方法，包括以下步
骤，
步骤一，建立GIS气室介质损耗数据库；
步骤二，测取GIS正常气室高压导电杆与外壳间的介质损耗正切值tanδ0和
气室分布电容C0，并保存至GIS气室介质损耗数据库中；
步骤三，计算步骤二测得的介质损耗正切值和气室分布电容的比值τ0，τ0＝
tanδ0/C0，并保存至GIS气室介质损耗数据库中；
步骤四，对GIS待检气室分别设置k类不同气室介质故障；
步骤五，分别测取不同气室介质故障下高压导电杆与外壳间的介质损耗正
切值tanδi和气室分布电容Ci，并保存至GIS气室介质损耗数据库中；
其中，i为整数，i∈[1,k]；
步骤六，计算步骤五中测得的介质损耗正切值和气室分布电容的比值τi，τi＝
tanδi/Ci，并保存至GIS气室介质损耗数据库中；
步骤七，测取GIS待检气室高压导电杆与外壳间的介质损耗正切值tanδn和
气室分布电容Cn，并保存至GIS气室介质损耗数据库中；
步骤八，计算步骤七测得的介质损耗正切值和气室分布电容的比值τn，τn＝
tanδn/Cn，并保存至GIS气室介质损耗数据库中；
步骤九，若|tanδn-tanδ0|>M1或|Cn-C0|>M2，其中M1、M2为故障阀值，则GIS
判定气室故障，进入步骤十，否则回到步骤七；
步骤十，将步骤八中测得的介质损耗正切值和气室分布电容的比值τn与步
骤六中的τi作对比，若τn＝τi，则判定GIS待检气室发生第i类故障。
设置有5类不同气室介质故障，包括气室漏气、增加微水含量、增加微氧
含量、充入局部放电分解物和增加气室温度。
本发明所达到的有益效果：本发明通过检测气室介质损耗正切值和气室分
布电容参数的变化实现GIS气室介质故障类型的判别；可实现多种介质故障的
监测，原理清晰，应用方便。
附图说明
图1为GIS气室的结构图。
图2为本发明系统的结构框图；
图3本发明诊断方法的流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明
本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，气体绝缘组合电器(GIS)是由数个独立气室组成的，气室结
构见图1。当GIS气室介质故障后，即气室漏气(第1类故障)、增加微水含量
(第2类故障)、增加微氧含量(第3类故障)、充入局部放电分解物(第4类
故障)和增加气室温度(第5类故障)，GIS外壳和高压导电杆之间气体介质的
改变，将引发GIS气室介质损耗正切值和气室分布电容的改变，因而可基此实
现GIS气室介质故障的诊断和识别。
如图2所示，基于介质损耗监测的GIS气室介质故障诊断系统，包括介质
损耗测试模块、分析控制模块和输出显示模块。
介质损耗测试模块检测气室高压导电杆与外壳间的介质损耗正切值和气室
分布电容参数，并将检测的介质损耗正切值和电容参数发送给分析控制模块，
分析控制模块根据介质损耗正切值和电容参数进行故障判别，并将判别结果输
送至输出显示模块显示。
上述系统的诊断方法，具体步骤如图3所示：
步骤一，建立GIS气室介质损耗数据库；
步骤二，测取GIS正常气室高压导电杆与外壳间的介质损耗正切值tanδ0和
气室分布电容C0，并保存至GIS气室介质损耗数据库中；
步骤三，计算步骤二测得的介质损耗正切值和气室分布电容的比值τ0，τ0＝
tanδ0/C0，并保存至GIS气室介质损耗数据库中；
步骤四，对GIS待检气室分别设置k类不同气室介质故障；
K＝5，即上述的5类气室介质故障，气室漏气(第1类故障)、增加微水含
量(第2类故障)、增加微氧含量(第3类故障)、充入局部放电分解物(第4
类故障)和增加气室温度(第5类故障)；
步骤五，分别测取不同气室介质故障下高压导电杆与外壳间的介质损耗正
切值tanδi和气室分布电容Ci，并保存至GIS气室介质损耗数据库中；
其中，i为整数，i∈[1,k]；
步骤六，计算步骤五中测得的介质损耗正切值和气室分布电容的比值τi，τi＝
tanδi/Ci，并保存至GIS气室介质损耗数据库中；
步骤七，测取GIS待检气室高压导电杆与外壳间的介质损耗正切值tanδn和
气室分布电容Cn，并保存至GIS气室介质损耗数据库中；
步骤八，计算步骤七测得的介质损耗正切值和气室分布电容的比值τn，τn＝
tanδn/Cn，并保存至GIS气室介质损耗数据库中；
步骤九，若|tanδn-tanδ0|>M1或|Cn-C0|>M2，其中M1、M2为故障阀值，则GIS
判定气室故障，进入步骤十，否则回到步骤七；
步骤十，将步骤八中测得的介质损耗正切值和气室分布电容的比值τn与步
骤六中的τi作对比，若τn＝τi，则判定GIS待检气室发生第i类故障。
设置有5类不同气室介质故障，包括气室漏气、增加微水含量、增加微氧
含量、充入局部放电分解物和增加气室温度。
综上所示，本发明通过检测气室高压导电杆与外壳间的介质损耗正切值和
气室分布电容参数，将检测到的数据与历史故障数据作对比，从而实现GIS气
室介质故障类型的判别，原理清晰，应用方便。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通
技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变
形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。