電氣開關(guān)設(shè)備GIS內(nèi)部絕緣故障研究

李佳雨

【摘 要】在電氣開關(guān)設(shè)備運行過程中容易出現(xiàn)內(nèi)部絕緣故障，對供電系統(tǒng)運行安全和運行穩(wěn)定性造成威脅，需要采用有效的處理方法及時解決故障問題。本文首先對GIS設(shè)備的內(nèi)部絕緣故障進行分析，包括絕緣構(gòu)件缺陷、表面污染、緊固構(gòu)件松動、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)鍵詞】電氣開關(guān)設(shè)備;內(nèi)部絕緣故障;處理方法

隨著城市供電壓力的不斷提升，系統(tǒng)容量和電壓等級都出現(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、絕緣子閃絡等。GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣故障嚴重時會導致機組停機，給電力企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟損失。因此，有必要對GIS設(shè)備的內(nèi)部絕緣故障及處理方法進行研究，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)件缺陷及機械損傷

GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)緊湊，運行在高壓環(huán)境下，絕緣擊穿電壓受多方面因素影響，包括電場均勻度、間隙距離、極性以及氣體壓力等。相關(guān)統(tǒng)計結(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械強度不足，在運行過程中受應力作用，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電壓顯著降低，進而導致絕緣能力下降，容易發(fā)生絕緣子閃絡問題。隨著裂紋的逐漸擴大，還會出現(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)備的運行過程中，內(nèi)部絕緣構(gòu)件不可避免的會積聚灰塵雜質(zhì)，在GIS設(shè)備的生產(chǎn)、裝配和運輸過程中，也可能受到分身污染，在表面留有油垢等雜質(zhì)。如果不能定期對其進行清理，會引發(fā)絕緣故障問題。在氣室內(nèi)，導電雜質(zhì)自由運動，對SF6氣體純度產(chǎn)生影響，進而導致其絕緣性質(zhì)降低。在交直流電壓的作用下，導電造紙容易附著在絕緣子表面，導致其表面局部電場集中，容易出現(xiàn)沿面放電現(xiàn)象。隨絕緣子的表面電荷量增加，其沿面閃絡電壓會出現(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

緊固件松動屬于組裝質(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，為對其進行嚴格檢查，導致屏蔽罩、殼內(nèi)金具等部件安裝不牢固，容易出現(xiàn)松動缺陷。緊固件松動會對GIS設(shè)備絕緣性能造成嚴重影響，導致其在運行過程中形成懸浮點位，出現(xiàn)強烈局部放電現(xiàn)象。而且屏蔽罩在振動過程中會出現(xiàn)變形，進而引起內(nèi)部電場畸變，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，進一步破壞內(nèi)部電場的均勻性，最終導致接地故障[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)上對導體表面光潔度有較高要求，導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)備導體表面缺陷主要是由于生產(chǎn)、組裝技術(shù)不達標、或受大幅值過電壓沖擊導致的。出現(xiàn)表面缺陷后，導體棱角曲率增加，電荷密度高，電場強度較強，遇到過電壓時，容易發(fā)生尖端放電，進而導致跳機事故。此外，GIS設(shè)備內(nèi)部受潮也容易發(fā)生絕緣故障，當水分超過一定標準后，在電弧作用下，過多的水分會使SF6快速分解，產(chǎn)生具有強腐蝕性的雜質(zhì)，對絕緣部件進行腐蝕，同時也容易危害檢修人員的安全。絕緣構(gòu)件被腐蝕，閃絡電壓降低，容易出現(xiàn)閃絡擊穿現(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，加強產(chǎn)品驗收，可以有效避免內(nèi)部絕緣故障的發(fā)生。具體應采取以下幾方面措施：（1）合理進行GIS設(shè)備選型，對重要配套產(chǎn)品進行謹慎選擇，對產(chǎn)品質(zhì)量嚴格把關(guān)，防止出現(xiàn)選配不當?shù)膯栴};（2）加強絕緣部件質(zhì)量檢查，對生產(chǎn)安裝工藝的操作過程進行嚴格檢查，防止出現(xiàn)機械損傷，并做好清潔度檢查;（3）做好制造裝配、現(xiàn)場組裝的風險控制工作，做好防污、防潮措施，使GIS設(shè)備內(nèi)部絕緣風險得到有效控制;（4）做好出場試驗、現(xiàn)場組裝前的開蓋檢查工作，增加沖擊電壓檢測項目，避免氣室組裝與其他工程發(fā)生交叉干擾，安排專業(yè)人員進行質(zhì)量復查。

2.2 完善現(xiàn)場絕緣試驗

GIS設(shè)備絕緣檢測試驗分為型式試驗、出廠試驗和現(xiàn)場試驗，其中現(xiàn)場試驗是GIS帶電運行前的最后檢驗環(huán)節(jié)，如果設(shè)備存在絕緣故障隱患，可以在試驗中發(fā)現(xiàn)異常。因此，做好現(xiàn)場試驗十分重要，可以提前找出設(shè)備缺陷，并及時加以處理。此外，在進行狀態(tài)評估和檢修時，也要進行現(xiàn)場絕緣試驗，必須對現(xiàn)場試驗進行不斷完善。目前GIS設(shè)備的現(xiàn)場劇院試驗主要包括SF6氣體濕度測試、交流耐壓測試和設(shè)備泄漏測試等。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。交流耐壓試驗則可以檢測出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氣體濕度測試和交流耐壓測試不能完全檢測出GIS設(shè)備的內(nèi)部缺陷，因此，還要對GIS設(shè)備進行局部放電試壓和SF6氣體分解試驗。

2.3 局部放電試驗

根據(jù)GIS設(shè)備故障統(tǒng)計結(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重，局部放電現(xiàn)象越明顯。因此，對GIS設(shè)備進行局部放電試壓，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，可以準確捕捉到微笑的局部放電現(xiàn)象。一些先進的專用局部放電檢測儀，可以捕捉到1pC的局部放電量。在此基礎(chǔ)上，進行SF6氣體分解試驗，可以找出具體的故障位置，判斷故障性質(zhì)及嚴重程度。一般在GIS設(shè)備投入運行后的1個月以內(nèi)，要進行一次SF6氣體分解物檢測，3～6個月時進行一次復測，若無異常，則應每年檢測1次。

2.4 實時在線監(jiān)測

在采用給上述故障診斷處理方法的基礎(chǔ)上，還應利用在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)，對GIS設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測。在線監(jiān)測系統(tǒng)的檢測內(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)實際需要，選用合適的在線監(jiān)測產(chǎn)品，為其靈敏度和抗干擾能力提供保障。在實時在線監(jiān)測系統(tǒng)的支持下，隨時掌握GIS設(shè)備運行狀態(tài)，避免發(fā)生嚴重的絕緣故障事故。

3 結(jié)束語

內(nèi)部絕緣故障時GIS設(shè)備的常見故障，對其具體類型及發(fā)生原因進行分析，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試驗，找出設(shè)備故障問題，從而提早處理，防止發(fā)生嚴重事故。

參考文獻：

[1]國家北京電力建設(shè)研究院主編.GB50150-2006，電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準[S].北京：中國電力出版社，2007.

[2]國家電網(wǎng)公司基建部主編.國家電網(wǎng)公司輸變電工程施工工藝示范手冊[M].北京：中國電力出版社，2007.

（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）