提高GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗標準探討

李秀衛(wèi)，陳玉峰，王慶玉

（山東電力研究院，山東 濟南 250000）

0 引言

近幾年GIS的裝用量迅速增加，與敞開式相比有許多優(yōu)點，但在安裝、運行中也發(fā)生了一些問題，比較突出的是多次在送電投運過程中或投運后不久內(nèi)部發(fā)生絕緣故障，而這些設(shè)備絕大多數(shù)在投運前均按照規(guī)程進行并通過了現(xiàn)場交流耐壓試驗（個別是由于其它原因），這類似于前幾年山東省發(fā)生的幾起SF6氣體絕緣電流互感器故障，對電網(wǎng)的安全生產(chǎn)造成較大的影響。

綜合分析這些GIS故障原因，基本上是由于運輸或安裝不當造成的，主要有緊固件松動或相對位移、電極表面缺陷、異物、臟污、導電顆粒、絕緣子受損等幾種缺陷，而通過現(xiàn)場交流耐壓試驗并沒有發(fā)現(xiàn)這些缺陷，因此有必要對目前試驗標準的有效性進行深入的討論。

1 GIS現(xiàn)場絕緣試驗的必要性

GIS是由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線和套管等元件直接聯(lián)接在一起構(gòu)成。GIS在工廠整套組裝完成后進行調(diào)整試驗，合格后，以運輸單元的方式運往現(xiàn)場安裝工地。GIS在工廠內(nèi)組裝要求非常嚴格，裝配滅弧室的車間要求空氣潔凈度等級達到5級（GB 50073-2001《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》），整體組裝車間空氣潔凈度等級達到6級。運輸過程中的機械振動、撞擊等可能導致GIS元件或組裝件內(nèi)部緊固件松動或相對位移；在安裝過程中，聯(lián)結(jié)、密封等工藝處理方面可能存在失誤，導致電極表面刮傷或安裝錯位引起電極表面缺陷；空氣中懸浮的塵埃、導電微粒雜質(zhì)和毛刺等在安裝現(xiàn)場無法徹底清理都會造成GIS投運后發(fā)生故障。國內(nèi)、外均出現(xiàn)過將安裝工具等異物遺忘在GIS內(nèi)部的情況。因此，為盡早發(fā)現(xiàn)這些缺陷，及時處理，避免投運后發(fā)生事故，GIS現(xiàn)場安裝完成后進行現(xiàn)場耐壓是非常必要的。

根據(jù)國際大電網(wǎng)會議（CIGRE）的統(tǒng)計，雖不能保證經(jīng)過現(xiàn)場絕緣試驗的GIS不會在運行中發(fā)生絕緣事故，但是沒有進行過現(xiàn)場絕緣試驗的GIS發(fā)生事故的幾率卻非常高。因此，國內(nèi)、外已取得了共識，GIS必須進行現(xiàn)場絕緣試驗，并且已寫入了有關(guān)標準。

2 現(xiàn)場絕緣試驗對絕緣缺陷的有效性

GIS的現(xiàn)場絕緣試驗主要包括：交流耐壓、雷電沖擊耐壓、操作沖擊耐壓三種方式。目前隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，超聲或超高頻局放測量也成為了現(xiàn)場試驗的重要手段之一，一般在交流耐壓試驗前進行老練試驗時實施。表1對現(xiàn)有的現(xiàn)場試驗方法及其有效性進行了說明。

由表1可見，在所有現(xiàn)場試驗方法中高壓交流加局放檢測綜合效果較好，目前我省已開展這種聯(lián)合檢測，但現(xiàn)場工作量大，而且超聲或超高頻局放檢測也僅分別對一兩種缺陷有效，有一定局限性。如果再結(jié)合沖擊試驗，基本可檢測出全部可能的缺陷，但現(xiàn)場進行沖擊試驗所需設(shè)備笨重，且規(guī)程中無明確要求，目前只是在實驗室內(nèi)進行了可行性研究，還未在現(xiàn)場應(yīng)用。現(xiàn)場交流耐壓試驗仍是目前對GIS安裝后投運前絕緣性能檢測的主要手段。

表1 現(xiàn)場試驗方法及其有效性

3 目前山東省執(zhí)行的GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗有關(guān)標準

目前，山東省現(xiàn)場耐壓標準主要執(zhí)行的是DL/T 618-1997《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場交接試驗規(guī)程》和DL/T 555-2004《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場耐壓及絕緣試驗導則》中有關(guān)GIS耐壓的要求，耐壓值均為出廠工頻耐壓值的80%。以下是這兩個標準中關(guān)于GIS現(xiàn)場耐壓的有關(guān)條款。

3.1 DL/T 618-1997對GIS現(xiàn)場主回路絕緣試驗的規(guī)定

10.2.5 GIS的每一新安裝部分都應(yīng)進行耐壓試驗。

10.2.6 GIS的擴建部分進行耐壓時，相鄰設(shè)備原有部分應(yīng)斷電并接地。否則，對于突然擊穿給原有部分設(shè)備帶來的不良影響應(yīng)采取特殊措施。

10.2.7 GIS在設(shè)備的擴建部分耐壓時，可能需要通過原有部分施加電壓，在這種情況下，其試驗程序與新安裝的GIS相同。

10.4 試驗電壓值

現(xiàn)場交流耐壓試驗電壓值為出廠試驗施加電壓值的80%。

雷電沖擊耐受電壓和操作沖擊耐受電壓值為型式試驗施加電壓值的80%。

3.2 DL/T 555-2004對GIS現(xiàn)場耐壓及絕緣試驗的規(guī)定

7.1 交流試驗電壓值

現(xiàn)場交流耐壓試驗應(yīng)為出廠試驗時施加電壓的80%。如果用戶有特殊要求時，可與制造廠協(xié)商后確定。

8.1 程序的選擇

按DL/T618-1997中10.5的有關(guān)規(guī)定進行試驗。

試驗程序可根據(jù)試品狀況和現(xiàn)場條件，由用戶和制造廠商定，從下列程序中選擇，但擬優(yōu)先選用程序A。

程序A：按5.1條和7.1條的交流電壓試驗，在規(guī)定的電壓值下耐壓1 min。在特殊情況下，可增加沖擊電壓試驗，按5.2條和7.2條試驗，在規(guī)定的電壓值下進行，正負極性各3次。

程序B：按5.1條和7.1條的交流電壓試驗，在電壓值不低于Um/（對中性點有效接地系統(tǒng)）或Um（對中性點非有效接地系統(tǒng)）下耐壓5 min（Um為系統(tǒng)最高電壓）。同時應(yīng)補充進行沖擊電壓試驗，按5.2條和7.2條試驗，在規(guī)定的電壓值下進行，正負極性各3次。

4 提高GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗標準的必要性

4.1 現(xiàn)行標準已經(jīng)低于國標標準

目前按照DL/T 618-1997《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場交接試驗規(guī)程》和DL/T 555-2004《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場耐壓及絕緣試驗導則》兩個行業(yè)標準的要求，現(xiàn)場耐壓值均要求為產(chǎn)品出廠工頻耐壓值的80%，而2009年6月1日開始執(zhí)行的GB 7674-2008《額定電壓72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備》中對于GIS的現(xiàn)場交流耐壓試驗標準有了更高的要求，兩者對于110 kV和220kV GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗的標準加壓值見表2，可見之前執(zhí)行的標準已低于現(xiàn)行國標的要求，需要提高目前GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗的標準。

表2 兩標準對110 kV和220 kV GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗的標準加壓值

4.2 有效提高發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷的概率

通過調(diào)研我們了解到，青海省電力公司近年在對GIS設(shè)備進行現(xiàn)場交接交流耐壓試驗時，針對330 kV及以下電壓等級設(shè)備按100%出廠試驗電壓值進行試驗，從大量試驗情況看，部分330 kV及以下電壓等級的GIS設(shè)備按出廠值的80%試驗時，1 min交流耐壓試驗通過，但在繼續(xù)升至出廠試驗電壓的過程中發(fā)生閃絡(luò)，而且閃絡(luò)放電基本都是由于盆式絕緣子或支柱絕緣子表面清潔度不夠造成的，在這種情況下，如果按照出廠值的80%進行試驗就不能發(fā)現(xiàn)設(shè)備的絕緣缺陷，但這種缺陷在投運時瞬時沖擊電壓的影響下，就極有可能暴露出來。近幾年青海省電力公司GIS設(shè)備在現(xiàn)場交接交流試驗過程中出現(xiàn)該情況的統(tǒng)計見表3。

山東省也曾發(fā)生過投運過程或投運后不久就發(fā)生絕緣故障的情況，如220 kV GIS在投入運行后12 h，發(fā)生絕緣子沿面閃絡(luò)故障，220 kV GIS在主變的沖擊過程中發(fā)生絕緣故障，110 kV GIS在送電過程中盆式絕緣子擊穿放電等，這幾個故障發(fā)生的共同特點就是在送電沖擊過程中或沖擊送電后短時間內(nèi)發(fā)生絕緣故障，而在此之前均嚴格按照規(guī)程進行過出廠耐壓值80%的交流耐壓試驗并合格，這就說明有相當一部分缺陷在目前的交流耐壓試驗中是發(fā)現(xiàn)不了的，雖然能通過80%的交流耐壓，卻不能承受住送電沖擊的暫態(tài)過程。如果上述三個站的GIS設(shè)備能夠按照100%出廠工頻耐壓值進行現(xiàn)場交流耐壓，不能保證發(fā)現(xiàn)全部缺陷，但會大大提高發(fā)現(xiàn)缺陷的概率，減少送電后故障造成的損失。

表3 青海省電力公司GIS設(shè)備在現(xiàn)場交接交流試驗

4.3 促進現(xiàn)場施工、安裝質(zhì)量

標準中對于現(xiàn)場交流耐壓值一般規(guī)定都低于出廠試驗值，有很大的一個因素是考慮到現(xiàn)場安裝的環(huán)境、工藝可能與潔凈廠房內(nèi)有差異，因而降低了試驗標準，但從設(shè)備本身來說，其絕緣性能是和其產(chǎn)品設(shè)計有關(guān)，如果嚴格按照產(chǎn)品的安裝工藝要求施工安裝，正常應(yīng)該能夠承受住設(shè)計的耐壓水平，而不應(yīng)該因為現(xiàn)場安裝工藝等人為因素降低對設(shè)備的絕緣性能要求。因此，采用和出廠試驗值相同的標準進行現(xiàn)場交流耐壓，可以最大程度的促進和檢驗現(xiàn)場施工安裝人員的施工工藝，從而保證設(shè)備投運后的安全運行。

4.4 部分特殊設(shè)計的GIS產(chǎn)品需要

部分廠家的GIS產(chǎn)品本身設(shè)計的絕緣裕度較高，如西開廠部分220 kV和330 kV GIS的盆式絕緣子是通用的，均能夠滿足330 kV GIS產(chǎn)品工頻耐壓水平，這樣用在220 kV產(chǎn)品上時絕緣裕度就較高，如果還是按照220 kV GIS出廠工頻耐壓的80%進行現(xiàn)場交流耐壓，一部分有缺陷的絕緣子就可能順利通過耐壓試驗，但投運后隨著內(nèi)部局部放電的逐漸發(fā)展和累計，最終還會發(fā)生絕緣故障。因此，對于此類設(shè)計的產(chǎn)品，也有必要提高現(xiàn)場耐壓標準。

4.5 提前發(fā)現(xiàn)大部分缺陷需要

國內(nèi)外對大量GIS故障的統(tǒng)計和研究表明，GIS設(shè)備的故障規(guī)律也遵循 “浴盆曲線”（圖1），按照這種故障曲線，GIS設(shè)備故障率隨時間的變化大致分早期故障期、偶發(fā)故障期和損耗故障期。早期故障期的故障率較高，主要原因是安裝工藝不良導致的安裝錯誤、潔凈度不夠、留有異物或盆式絕緣子和支柱絕緣子本身存在質(zhì)量缺陷，在投運過程中或投運后短時間內(nèi)發(fā)生絕緣故障。進入偶發(fā)故障期后，設(shè)備故障率大致處于穩(wěn)定狀態(tài)，在此期間，故障的發(fā)生是隨機的，其故障率最低，而且穩(wěn)定，這是設(shè)備的正常工作期或最佳狀態(tài)期。在設(shè)備的設(shè)計壽命后期，由于零部件的老化等，故障率不斷上升。從GIS故障發(fā)生規(guī)律的三個階段看，早期故障率較高，但原因一般比較明確（省內(nèi)發(fā)生的幾起故障大多為內(nèi)部清潔度不夠造成的），如果實行更為嚴格的交流耐壓試驗標準，預(yù)計可以提前發(fā)現(xiàn)大部分缺陷，大大降低GIS的故障率，因此，在充分研究和論證的基礎(chǔ)上適當提高耐壓試驗的標準是非常有必要的。

圖1 設(shè)備故障浴盆曲線圖

鑒于上述原因，有必要提高GIS現(xiàn)場交流耐壓的試驗標準，考慮到產(chǎn)品本身設(shè)計的絕緣水平和裕度，建議從80%的出廠工頻耐壓值提高到100%。

5 提高GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗標準的可行性

5.1 100%出廠耐壓值對絕緣介質(zhì)的影響

GIS設(shè)備內(nèi)的絕緣介質(zhì)主要有SF6氣體、絕緣件（絕緣子和絕緣拉桿）。

SF6氣體作為優(yōu)良的絕緣和滅弧介質(zhì)，在高壓下能保持穩(wěn)定、不分解，即使在高溫電弧下有少量的 SF6會分解為有毒的 SOF2、SO2F2、SF4和 SOF4等，但在電弧過零值后，很快又再結(jié)合成SF6，長期密封使用的SF6，雖經(jīng)多次高壓和滅弧作用，也不會減少或變質(zhì)，進行100%出廠耐壓值的交流耐壓更不會對SF6氣體產(chǎn)生影響。因此，耐壓值的提高對SF6氣體沒有影響。

絕緣件在GIS整體安裝之前，均需單獨進行交流耐壓和局部放電試驗，且由于絕緣件一般都有較高的絕緣裕度，其工頻耐壓值也高于GIS設(shè)備的整體交流耐壓值，如西開廠126 kV絕緣件工頻耐壓值為275 kV，252 kV絕緣件工頻耐壓值為520 kV，即使按照100%GIS整體設(shè)備耐壓值進行耐壓，把110kVGIS的耐壓值由目前的184kV提高到230kV，220 kV GIS的耐壓值由目前的368 kV提高到460 kV，耐壓值也低于絕緣件出廠的工頻耐壓值，如果絕緣件本身沒有缺陷，較低的電壓不會對絕緣件造成損傷。

因此，提高現(xiàn)場交流耐壓值后不會對GIS設(shè)備內(nèi)的絕緣介質(zhì)產(chǎn)生影響。

5.2 試驗電壓提高后對試驗條件的要求

提高現(xiàn)場耐壓標準后，110 kV GIS的耐壓值由目前的184 kV提高到230 kV，220 kV GIS的耐壓值由目前的368 kV提高到460 kV，目前串聯(lián)諧振耐壓裝置完全可以滿足提高標準后現(xiàn)場耐壓試驗的要求。

6 結(jié)語

綜上所述，鑒于110 kV和220 kV GIS設(shè)備提高現(xiàn)場交流耐壓標準的必要性和可行性，建議將110 kV和220 kV GIS的現(xiàn)場交流耐壓試驗標準值由出廠工頻耐壓值的80%提高到100%；500 kV GIS設(shè)備目前運行較穩(wěn)定，暫時維持80%的出廠工頻耐壓值。