電氣開關(guān)設(shè)備GIS內(nèi)部絕緣故障的分析及處理研究

蔡智超

【摘 要】在電氣開關(guān)設(shè)備運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)內(nèi)部絕緣故障，對(duì)供電系統(tǒng)運(yùn)行安全和運(yùn)行穩(wěn)定性造成威脅，需要采用有效的處理方法及時(shí)解決故障問題。本文首先對(duì)GIS設(shè)備的內(nèi)部絕緣故障進(jìn)行分析，包括絕緣構(gòu)件缺陷、表面污染、緊固構(gòu)件松動(dòng)、設(shè)備內(nèi)部受潮等。在此基礎(chǔ)上，探討GIS設(shè)備的內(nèi)部絕緣故障處理方法，以期提高GIS設(shè)備故障檢修效率。

【關(guān)鍵字】電氣開關(guān)設(shè)備；內(nèi)部絕緣故障；處理方法

0 前言

隨著城市供電壓力的不斷提升，系統(tǒng)容量和電壓等級(jí)都出現(xiàn)明顯提高，在此情況下，電氣開關(guān)設(shè)備GIS經(jīng)常發(fā)生內(nèi)部絕緣故障，比如絕緣拉桿擊穿、絕緣子閃絡(luò)等。GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣故障嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，給電力企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，有必要對(duì)GIS設(shè)備的內(nèi)部絕緣故障及處理方法進(jìn)行研究，將事前防范與事后處理方法相結(jié)合，確保GIS設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣故障分析

1.1 絕緣構(gòu)件缺陷及機(jī)械損傷

GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行在高壓環(huán)境下，絕緣擊穿電壓受多方面因素影響，包括電場(chǎng)均勻度、間隙距離、極性以及氣體壓力等。相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣故障主要包括5大類。

其中，絕緣構(gòu)件的自身缺陷及機(jī)械損傷是主要故障類型，在GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣故障中占36%左右。GIS設(shè)備的絕緣構(gòu)件主要包括絕緣拉桿、盆式絕緣子和支柱式絕緣子，常見缺陷包括裂紋、氣泡和金屬雜質(zhì)等。比如盆式絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度不足，在運(yùn)行過程中受應(yīng)力作用，容易出現(xiàn)局部裂紋，或因碰撞和施工力度過大，受到損傷。出現(xiàn)裂紋后，盆式絕緣子的表面閃絡(luò)電壓顯著降低，進(jìn)而導(dǎo)致絕緣能力下降，容易發(fā)生絕緣子閃絡(luò)問題。隨著裂紋的逐漸擴(kuò)大，還會(huì)出現(xiàn)擊穿接地現(xiàn)象[1]。

1.2 絕緣構(gòu)件表面污染問題

在GIS設(shè)備的運(yùn)行過程中，內(nèi)部絕緣構(gòu)件不可避免的會(huì)積聚灰塵雜質(zhì)，在GIS設(shè)備的生產(chǎn)、裝配和運(yùn)輸過程中，也可能受到分身污染，在表面留有油垢等雜質(zhì)。如果不能定期對(duì)其進(jìn)行清理，會(huì)引發(fā)絕緣故障問題。在氣室內(nèi)，導(dǎo)電雜質(zhì)自由運(yùn)動(dòng)，對(duì)SF6氣體純度產(chǎn)生影響，進(jìn)而導(dǎo)致其絕緣性質(zhì)降低。在交直流電壓的作用下，導(dǎo)電造紙容易附著在絕緣子表面，導(dǎo)致其表面局部電場(chǎng)集中，容易出現(xiàn)沿面放電現(xiàn)象。隨絕緣子的表面電荷量增加，其沿面閃絡(luò)電壓會(huì)出現(xiàn)明顯下降，引起GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣故障。

1.3 緊固構(gòu)件松動(dòng)

緊固件松動(dòng)屬于組裝質(zhì)量問題，在GIS設(shè)備的生產(chǎn)和安裝過程中，由于工藝技術(shù)不到位，為對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格檢查，導(dǎo)致屏蔽罩、殼內(nèi)金具等部件安裝不牢固，容易出現(xiàn)松動(dòng)缺陷。緊固件松動(dòng)會(huì)對(duì)GIS設(shè)備絕緣性能造成嚴(yán)重影響，導(dǎo)致其在運(yùn)行過程中形成懸浮點(diǎn)位，出現(xiàn)強(qiáng)烈局部放電現(xiàn)象。而且屏蔽罩在振動(dòng)過程中會(huì)出現(xiàn)變形，進(jìn)而引起內(nèi)部電場(chǎng)畸變，發(fā)生絕緣擊穿事故。在這種情況下，一些小的零件容易發(fā)生脫落，比如螺栓等，進(jìn)一步破壞內(nèi)部電場(chǎng)的均勻性，最終導(dǎo)致接地故障[2]。

1.4 其他絕緣故障問題

其他絕緣故障問題包括導(dǎo)體表面受損、GIS設(shè)備內(nèi)部受潮等。GIS設(shè)備在技術(shù)上對(duì)導(dǎo)體表面光潔度有較高要求，導(dǎo)體表面如果存在毛刺、劃痕等缺陷，容易引發(fā)絕緣故障。GIS設(shè)備導(dǎo)體表面缺陷主要是由于生產(chǎn)、組裝技術(shù)不達(dá)標(biāo)、或受大幅值過電壓沖擊導(dǎo)致的。出現(xiàn)表面缺陷后，導(dǎo)體棱角曲率增加，電荷密度高，電場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)，遇到過電壓時(shí)，容易發(fā)生尖端放電，進(jìn)而導(dǎo)致跳機(jī)事故。此外，GIS設(shè)備內(nèi)部受潮也容易發(fā)生絕緣故障，當(dāng)水分超過一定標(biāo)準(zhǔn)后，在電弧作用下，過多的水分會(huì)使SF6快速分解，產(chǎn)生具有強(qiáng)腐蝕性的雜質(zhì)，對(duì)絕緣部件進(jìn)行腐蝕，同時(shí)也容易危害檢修人員的安全。絕緣構(gòu)件被腐蝕，閃絡(luò)電壓降低，容易出現(xiàn)閃絡(luò)擊穿現(xiàn)象[3]。

2 GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣故障處理方法

2.1 加強(qiáng)設(shè)備質(zhì)量管控

從上述GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣故障分析中可以看出，許多故障問題都源于GIS設(shè)備的生產(chǎn)、安裝環(huán)節(jié)，做好相關(guān)質(zhì)量檢查工作，加強(qiáng)產(chǎn)品驗(yàn)收，可以有效避免內(nèi)部絕緣故障的發(fā)生。具體應(yīng)采取以下幾方面措施：（1）合理進(jìn)行GIS設(shè)備選型，對(duì)重要配套產(chǎn)品進(jìn)行謹(jǐn)慎選擇，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，防止出現(xiàn)選配不當(dāng)?shù)膯栴}；（2）加強(qiáng)絕緣部件質(zhì)量檢查，對(duì)生產(chǎn)安裝工藝的操作過程進(jìn)行嚴(yán)格檢查，防止出現(xiàn)機(jī)械損傷，并做好清潔度檢查；（3）做好制造裝配、現(xiàn)場(chǎng)組裝的風(fēng)險(xiǎn)控制工作，做好防污、防潮措施，使GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制；（4）做好出場(chǎng)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)組裝前的開蓋檢查工作，增加沖擊電壓檢測(cè)項(xiàng)目，避免氣室組裝與其他工程發(fā)生交叉干擾，安排專業(yè)人員進(jìn)行質(zhì)量復(fù)查。

2.2 完善現(xiàn)場(chǎng)絕緣試驗(yàn)

GIS設(shè)備絕緣檢測(cè)試驗(yàn)分為型式試驗(yàn)、出廠試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其中現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是GIS帶電運(yùn)行前的最后檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，如果設(shè)備存在絕緣故障隱患，可以在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)異常。因此，做好現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)十分重要，可以提前找出設(shè)備缺陷，并及時(shí)加以處理。此外，在進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估和檢修時(shí)，也要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)絕緣試驗(yàn)，必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行不斷完善。目前GIS設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)劇院試驗(yàn)主要包括SF6氣體濕度測(cè)試、交流耐壓測(cè)試和設(shè)備泄漏測(cè)試等。其中，GIS設(shè)備要獲得較好的絕緣性能，必須保證SF6氣體的壓力和質(zhì)量符合要求。交流耐壓試驗(yàn)則可以檢測(cè)出GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣子的污染、工具遺留等缺陷。但值得注意的是，SF6氣體濕度測(cè)試和交流耐壓測(cè)試不能完全檢測(cè)出GIS設(shè)備的內(nèi)部缺陷，因此，還要對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行局部放電試壓和SF6氣體分解試驗(yàn)。

2.3 局部放電試驗(yàn)

根據(jù)GIS設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，無論是何種原因?qū)е碌慕^緣故障問題，都是從局部放電現(xiàn)象開始的，而且絕緣故障問題越嚴(yán)重，局部放電現(xiàn)象越明顯。因此，對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行局部放電試壓，可以有效診斷出GIS設(shè)備是否存在內(nèi)部絕緣掛賬。目前使用的技術(shù)手段主要包括超高頻電磁波、超聲波等，可以準(zhǔn)確捕捉到微笑的局部放電現(xiàn)象。一些先進(jìn)的專用局部放電檢測(cè)儀，可以捕捉到1pC的局部放電量。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行SF6氣體分解試驗(yàn)，可以找出具體的故障位置，判斷故障性質(zhì)及嚴(yán)重程度。一般在GIS設(shè)備投入運(yùn)行后的1個(gè)月以內(nèi)，要進(jìn)行一次SF6氣體分解物檢測(cè)，3～6個(gè)月時(shí)進(jìn)行一次復(fù)測(cè)，若無異常，則應(yīng)每年檢測(cè)1次。

2.4 實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)

在采用給上述故障診斷處理方法的基礎(chǔ)上，還應(yīng)利用在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，對(duì)GIS設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)內(nèi)容主要包括設(shè)備內(nèi)部氣體壓力、局部放電量、微水量和SF6氣體分解物等。用戶可以根據(jù)實(shí)際需要，選用合適的在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，為其靈敏度和抗干擾能力提供保障。在實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的支持下，隨時(shí)掌握GIS設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，避免發(fā)生嚴(yán)重的絕緣故障事故。

3 結(jié)束語

內(nèi)部絕緣故障時(shí)GIS設(shè)備的常見故障，對(duì)其具體類型及發(fā)生原因進(jìn)行分析，可以為診斷和檢修提供依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，通過加強(qiáng)設(shè)備生產(chǎn)、安裝的質(zhì)量監(jiān)管，消除設(shè)備自身故障隱患，并通過局部放電等檢測(cè)試驗(yàn)，找出設(shè)備故障問題，從而提早處理，防止發(fā)生嚴(yán)重事故。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張立功，豆占良，張俊珍.電氣開關(guān)設(shè)備GIS內(nèi)部絕緣故障的分析及對(duì)策[J].山西電力，2017（05）：28-32.

[2]邱翠婷.GIS絕緣故障的監(jiān)測(cè)與診斷[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（02）：10.

[3]李巖松.基于光纖傳輸?shù)腉IS局部放電超聲波檢測(cè)系統(tǒng)研究[D].華北電力大學(xué)，2015.endprint