變電站GIS試驗(yàn)典型問(wèn)題分析及解決措施

摘 要：本文通過(guò)分析變電站GIS在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的典型故障，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可能引起故障的原因，并提出具體解決措施，同時(shí)從設(shè)計(jì)、安裝工藝、運(yùn)行維護(hù)等多方面提出改進(jìn)建議，為GIS設(shè)備的安全運(yùn)行打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：GIS；絕緣性能；密封性

中圖分類號(hào)：TM595 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）27-0046-02

前 言

GIS（SF6全封閉組合電器）相比常規(guī)的變電站一次設(shè)備具有體積小，占用空間小，故障率低，運(yùn)行可靠性高，維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，在110kV及以上變電站逐漸廣泛使用。GIS設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝要求非常高，在安裝過(guò)程中稍有不慎容易留下安全隱患。當(dāng)GIS設(shè)備發(fā)生故障，尤其是內(nèi)部故障時(shí)，由于GIS設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障查找比較困難，現(xiàn)場(chǎng)停電檢修時(shí)間長(zhǎng)，停電影響范圍廣，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行影響很大。本文對(duì)變電站GIS試驗(yàn)典型故障進(jìn)行分析研究，并從產(chǎn)品出廠質(zhì)量控制、現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試及運(yùn)行維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)提出建議，以降低GIS設(shè)備的故障率。

1 絕緣故障

1.1 典型案例分析

某500kVGIS開(kāi)關(guān)站I母兩套母差保護(hù)動(dòng)作，試驗(yàn)人員在設(shè)備解體后檢查發(fā)現(xiàn)I母某間隔的母線刀閘A相SF6氣室與CT氣室間的盆式絕緣子發(fā)生了放電閃絡(luò)故障，刀閘內(nèi)部被擊穿，盆式絕緣子有明顯的燒傷裂痕，刀閘傳動(dòng)桿及氣室外罩有損壞現(xiàn)象。故障原因分析如下：盆式絕緣子是環(huán)氧澆注件，在生產(chǎn)過(guò)程中受多重因素的影響如固化時(shí)間、溫度等，內(nèi)部存在氣隙或氣孔，存在隱患。盆式絕緣子在運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)一步擴(kuò)大了隱形缺陷，而長(zhǎng)期的局部放電再次加劇了隱患，直到達(dá)到臨界條件時(shí)引發(fā)了絕緣擊穿。

1.2 常見(jiàn)故障原因分析與解決措施

GIS發(fā)生絕緣故障主要的兩大表現(xiàn)為局部放電和內(nèi)部閃絡(luò)擊穿，最常見(jiàn)且影響最大的是閃絡(luò)擊穿，一般發(fā)生在支持絕緣子、盆式絕緣子上，還有就是斷路器絕緣拉桿斷裂而引起相對(duì)低擊穿短路。

1.2.1 盆式絕緣子沿面放電

盆式絕緣子沿面爬電距離不夠是盆式絕緣子沿面放電的主要原因之一。一般而言，盆式絕緣子的爬電距離的設(shè)計(jì)都是以沒(méi)有外界因素干擾為前提剛好達(dá)到臨界點(diǎn)的。但在設(shè)備運(yùn)行中，并不能完全排除安裝工藝的不良，以及運(yùn)行環(huán)境因素中導(dǎo)電粒子的影響，這就容易導(dǎo)致盆式絕緣子在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生沿面放電閃絡(luò)。所以，應(yīng)將上述影響因素綜合考慮，在設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增加盆式絕緣子的爬電距離，以提高其抗干擾能力。

1.2.2 GIS內(nèi)部存在大量自由微粒

GIS內(nèi)部存在大量自由微粒如電弧粉塵等形成放電通道，從而發(fā)生局部放電而產(chǎn)生不良后果。GIS內(nèi)部自由微粒一般來(lái)自安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，而在GIS安裝過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行安裝標(biāo)準(zhǔn)，如將氣室露空時(shí)間盡量縮到最短，對(duì)暫時(shí)無(wú)法封閉的氣室必須采用臨時(shí)封蓋措施，安裝調(diào)試人員必須穿戴專用的工作服等，可以有效的降低GIS內(nèi)部自由微粒。

1.2.3 懸浮電位放電

GIS設(shè)備氣室外殼內(nèi)部表面或?qū)w表面如果存在毛刺，會(huì)影響設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中電場(chǎng)的均勻分布，使得局部電場(chǎng)強(qiáng)度劇增，導(dǎo)致在GIS內(nèi)部絕緣薄弱處產(chǎn)生懸浮放電，從而產(chǎn)生不良影響。所以，在安裝調(diào)試時(shí)必須檢查和保證GIS設(shè)備氣室外殼內(nèi)部表面或?qū)w表面的光潔度，保證沒(méi)有毛刺。

2 密封不良

2.1 典型案例分析

運(yùn)行人員在某110kV GIS變電站巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)E06間隔的Q1Q62氣室和E05間隔斷路器氣室發(fā)現(xiàn)泄漏，試驗(yàn)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查后判斷為E06間隔的Q1Q62氣室的斷路器拐臂處及密度繼電器接頭處漏氣。故障原因分析如下：斷路器拐臂處采用了三組唇型密封圈，其中一組唇口朝外裝配只有起到抽真空時(shí)密封效果，沒(méi)有內(nèi)部SF6氣體密封作用。而另外兩組唇口朝內(nèi)裝配，以達(dá)到雙重密封SF6氣體的效果。造成此次SF6氣體泄漏的原因是兩組中的內(nèi)側(cè)一組密封圈唇口外翻，經(jīng)判斷應(yīng)該是安裝人員在安裝調(diào)試過(guò)程中將和密封圈配合的花鍵軸拔離原位置后，復(fù)位時(shí)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)內(nèi)側(cè)密封圈外翻，沒(méi)有安裝正確。而在設(shè)備運(yùn)行中，斷路器的分合閘動(dòng)作會(huì)磨損外翻的密封圈，同時(shí)SF6氣體具有0.6MPa壓強(qiáng)不斷的向外頂開(kāi)外翻的唇口，而導(dǎo)致變形的密封圈將第二道密封圈（兩組內(nèi)裝的密封圈的另外一個(gè)）壓住，形成泄漏通道。

這是一起由于安裝調(diào)試工藝導(dǎo)致密封圈密封性能受到影響而發(fā)生的SF6氣體泄漏事件。

2.2 常見(jiàn)故障原因分析與解決措施

GIS密封不良主要表現(xiàn)為SF6氣體泄漏，而SF6氣體泄漏會(huì)使其密度和純度發(fā)生變化，會(huì)直接影響到高壓斷路器的滅弧性及絕緣性能，影響很惡劣。而SF6氣體泄一般發(fā)生在充氣閥、壓力表及法蘭密封面上。目前國(guó)內(nèi)變電站GIS一般采用進(jìn)口高品質(zhì)充氣閥和壓力表，發(fā)生氣體泄漏的概率很低。所以，SF6氣體的主要泄漏點(diǎn)在于法蘭密封面，可以從產(chǎn)品質(zhì)量控制及現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試等方面去分析。

2.2.1 橡膠圈材質(zhì)不合格

很多變電站的GIS設(shè)備在投運(yùn)初期并沒(méi)有出現(xiàn)密封性不良的問(wèn)題，而是隨著運(yùn)行時(shí)間增加卻發(fā)生了明顯的泄漏現(xiàn)象。這一般都是由于使用的橡膠密封圈材質(zhì)不合格，在設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后彈性失效導(dǎo)致的。GIS使用最廣泛的密封圈是采用橡膠材質(zhì)的，應(yīng)從回彈性、壓縮后的永久變形率及硬度來(lái)綜合考慮其使用的材料，目前普遍采用的材質(zhì)為三元乙丙橡膠。

2.2.2 法蘭密封面處理不當(dāng)

對(duì)法蘭密封面處理不當(dāng)最常見(jiàn)也是最容易發(fā)現(xiàn)泄漏的部件。處理法蘭密封面的關(guān)鍵在于密封槽，要求安裝前，在法蘭密封面不能留下任何徑向貫穿劃痕的前提下，將密封槽及密封面中的密封脂清潔干凈，這對(duì)安裝人員的施工工藝要求非常高。

2.2.3 法蘭密封面對(duì)接工藝不合格

如果兩個(gè)罐體對(duì)接的中心線不對(duì)稱，會(huì)在法蘭密封結(jié)合面上產(chǎn)生極大的扭矩從而導(dǎo)致密封圈移位而脫離密封槽，從而造成密封性不良。所以，為了避免此類情況的發(fā)生，應(yīng)在罐體拼接時(shí)應(yīng)用定位棒引導(dǎo)定位法蘭密封面，緩慢勻速對(duì)接靠攏，并按對(duì)稱均衡原則插入并緊固螺栓。

2.2.4 密封圈的密封工藝不過(guò)關(guān)

密封圈的質(zhì)量問(wèn)題是引發(fā)SF6泄漏的原因氣體泄漏的原因之一，而對(duì)于密封圈的檢查和清潔工作如果不到位，如上述發(fā)生SF6氣體泄漏案例，同樣會(huì)引起缺陷。一般通過(guò)外觀檢查可發(fā)現(xiàn)密封圈一般性缺陷，如表面凹凸不平或有裂痕等。但對(duì)于內(nèi)部空腔問(wèn)題，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)人員借助真空硅脂來(lái)判斷。具體做法如下：在密封圈上抹上真空硅脂，用一只手的兩根手指捏緊密封圈，然后另外一只手來(lái)緩慢拉伸，通過(guò)捏緊密封圈的手指感覺(jué)來(lái)判斷是否存在內(nèi)部空腔問(wèn)題。而目前比較棘手的是沒(méi)有有效的手段來(lái)檢測(cè)密封性塑性變形的缺陷，只能是通過(guò)防范性措施來(lái)盡量減少此類缺陷：在最后一次封閉氣室時(shí)強(qiáng)制要求使用新的密封圈。

3 其他典型故障

除了上述兩類故障外，還有其他典型故障如元件機(jī)械特性缺陷。最典型常見(jiàn)的機(jī)械特性故障是斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)液壓機(jī)構(gòu)故障，表現(xiàn)為控制閥失靈和漏油，從而引發(fā)斷路器誤跳，閉鎖而不得不停運(yùn)。目前國(guó)內(nèi)通過(guò)推廣缺性能極佳的彈簧儲(chǔ)能液壓機(jī)構(gòu)來(lái)減少儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)的缺陷率，同時(shí)注重壓力容器及管道的密封性能以減少漏油現(xiàn)象發(fā)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)變電站GIS試驗(yàn)典型故障進(jìn)行分析表明，故障發(fā)生的原因大多數(shù)是由于產(chǎn)品質(zhì)量不合格，安裝工藝控制不嚴(yán)格以及運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)引起的。為了提高GIS安全運(yùn)行可靠性，應(yīng)從嚴(yán)格控制產(chǎn)品出廠質(zhì)量，提高現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試質(zhì)量，保證交接試驗(yàn)全面合格，認(rèn)真做好日常維護(hù)檢查，降低故障發(fā)生率。

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收稿日期：2018-8-11