綜述電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備GIS內(nèi)部絕緣故障的分析及對(duì)策

張濤鋒

摘要：GIS（GAS INSULATED SWITCHGEAR）英文縮寫，中文全名氣體絕緣全封閉組合電氣。GIS由多部分組成，包括（斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、互感器、避雷器、母線、連接件、出線終端等）。GIS設(shè)備從上世紀(jì)60年代被實(shí)用化，然后被廣泛運(yùn)用。它不僅在高壓、超高壓領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，而且在特高壓領(lǐng)域也被使用。GIS有許多優(yōu)點(diǎn)，它安全性很高、配置靈活、可靠性強(qiáng)、所需要面積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、主要部件維護(hù)需要時(shí)間跨度長(zhǎng)，可以做到少維護(hù)、甚至是免維護(hù)。

關(guān)鍵詞：電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備;GIS內(nèi)部絕緣故障;分析及對(duì)策

一、電氣設(shè)備GIS內(nèi)部絕緣特征

GIS電氣設(shè)備在我們的生活中越來(lái)越重要，它在電氣設(shè)備中已經(jīng)占據(jù)了主要的地位，隨著GIS電氣設(shè)備的種類越來(lái)越多，越來(lái)越復(fù)雜，其中電氣設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題也越來(lái)越多。但是，有一類問(wèn)題是最長(zhǎng)出現(xiàn)，也是最典型的一個(gè)問(wèn)題，那就是GIS內(nèi)部絕緣的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題促使供電系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行，還會(huì)出現(xiàn)安全問(wèn)題，所以，面對(duì)這類問(wèn)題，解決是刻不容緩的^[1]。

二、電氣設(shè)備GIS內(nèi)部絕緣故障特征

解決內(nèi)部絕緣問(wèn)題要從多個(gè)方面入手，要想到各種可能性，如此才能夠切實(shí)提高GIS內(nèi)部絕緣故障檢修效率。解決內(nèi)部絕緣問(wèn)題是對(duì)使用者的安全負(fù)責(zé)，所以這方面的研究是很有價(jià)值的一件事。電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備GIS出現(xiàn)問(wèn)題有以下幾個(gè)方面的情況。GIS內(nèi)外電場(chǎng)結(jié)構(gòu)相同，內(nèi)部電壓高，經(jīng)常造成擊穿絕緣結(jié)構(gòu)、還有內(nèi)部受潮、制造時(shí)受到損傷、導(dǎo)體的表面出現(xiàn)了劃痕或毛刺、絕緣零件表面的粉塵積累。其中制造過(guò)程中受到損傷的可能性最大，可能性為百分之三十左右。

（一）表面受到劃痕或者毛刺影響

GIS內(nèi)部絕緣設(shè)備對(duì)導(dǎo)體的平整程度和潔凈程度要求很高，在導(dǎo)體的表面不能出現(xiàn)劃痕或者毛刺等高低不平。與理想相反的是實(shí)際導(dǎo)體表面并不光滑，這種情況較多是因?yàn)榘惭b不仔細(xì)造成的，這種情況可以避免。還有就是絕緣設(shè)備受到大電壓沖擊后可能出現(xiàn)導(dǎo)體表面不平整。毛刺和劃痕導(dǎo)致的不平整，會(huì)使導(dǎo)體表面電荷密度變高。以上兩種情況都可以導(dǎo)致導(dǎo)體表面出現(xiàn)毛刺和劃痕，但是前者容易避免，后者是內(nèi)部不可變，提高安全性，需要從安裝方面入手，更仔細(xì)會(huì)更安全。還有就是SF6的絕緣性能比較強(qiáng)，電壓正常就不會(huì)出現(xiàn)尖端不穩(wěn)的情況，但是當(dāng)遭遇高電壓的時(shí)候，如雷擊等因素，周圍SF6會(huì)發(fā)生電離這種現(xiàn)象，從而引發(fā)尖端放電，使得跳機(jī)現(xiàn)象出現(xiàn)^[2]。（二）絕緣零件表面累積的粉塵或雜質(zhì)

粉塵雜質(zhì)的出現(xiàn)是不可避免的，GIS設(shè)備絕緣零件表面在各個(gè)環(huán)節(jié)（運(yùn)輸、組裝、使用）都可能受到粉塵或者雜質(zhì)的污染，這類污染物堆積，在表面留下油和污垢等雜質(zhì)，或者導(dǎo)電物質(zhì)的殘留隱藏，都會(huì)對(duì)安全留下隱患，絕緣表面等地方需要仔細(xì)清潔，這樣才能避免隱患，對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行負(fù)責(zé)。還有就是在試驗(yàn)中產(chǎn)生可以導(dǎo)電的其他雜質(zhì)。這些有害雜質(zhì)會(huì)附著在絕緣體表面，絕緣體表面電荷增加，會(huì)出現(xiàn)局部的電場(chǎng)集中的現(xiàn)象，絕緣體的表面閃絡(luò)電壓顯著降低，導(dǎo)致GIS內(nèi)部絕緣失效。還會(huì)出現(xiàn)放電的現(xiàn)象，這類影響也很嚴(yán)重，對(duì)絕緣體產(chǎn)生威脅，引發(fā)事故，造成生命危險(xiǎn)，所以這類問(wèn)題也是不容忽視的。（三）絕緣零件機(jī)械損傷或制造缺陷

GIS中的絕緣部件主要由三部分組成：1絕緣拉桿2支柱式絕緣子3盆式絕緣子。缺陷也主要有三類：裂紋、氣泡、金屬雜質(zhì)。上文說(shuō)過(guò)這類問(wèn)題出現(xiàn)的概率是最大的，這類問(wèn)題中外部損傷最主要是零件缺陷或者機(jī)械自身的損傷。零件制造時(shí)的誤差，不小心的磕碰，對(duì)接時(shí)的不準(zhǔn)確，或者外部因素如熱脹冷縮，溫度變化都會(huì)造成最常見(jiàn)的一種后果—裂紋，。裂縫的出現(xiàn)會(huì)造成電壓降低，絕緣體絕緣效果下降，當(dāng)裂紋越來(lái)越大，還有可能發(fā)生擊穿甚至接地的情況發(fā)生。GIS內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，高壓情況下長(zhǎng)期運(yùn)行，很可能發(fā)生裂痕，所以這種情況不可避免。而氣泡缺陷是由于制造工藝或者模具不合格操作不規(guī)范以及材料不穩(wěn)定因素造成的，這種缺陷也是很常見(jiàn)的。金屬雜質(zhì)也是由于制造過(guò)程中的操作不規(guī)范引起的，制造過(guò)程中被混入了其他金屬雜質(zhì)^[3]。

（四）零件出現(xiàn)了松動(dòng)或者脫落的影響

在GIS中還有一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題就是內(nèi)部絕緣零部件松動(dòng)或者脫落，部件松動(dòng)對(duì)設(shè)備的絕緣性也有很大的危害，比如在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生了雜音;在動(dòng)力作用下，護(hù)罩發(fā)生變形，從而導(dǎo)致GIS內(nèi)電場(chǎng)變形，產(chǎn)生擊穿;螺栓脫落會(huì)破壞電場(chǎng)的均勻性;產(chǎn)生懸浮電位，使局部放電。在生產(chǎn)裝配和產(chǎn)品檢驗(yàn)的過(guò)程中，如果工廠沒(méi)有嚴(yán)格的生產(chǎn)流水把控，就不會(huì)對(duì)零件各個(gè)方面的性能有具體了解，從而造成了GIS各個(gè)部位緊固要求達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。出廠后，絕緣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生抖動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)或者脫落。這種情況嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，制造把控好生產(chǎn)流水線，這種松動(dòng)或者脫落是完全可以避免的，所以要加強(qiáng)管控。還有一個(gè)問(wèn)題就是GIS內(nèi)部受潮，設(shè)備中的水分來(lái)源較多，當(dāng)內(nèi)部侵入水分過(guò)多后，部件的絕緣性能會(huì)降低嚴(yán)重，水分多時(shí)會(huì)大大降低絕緣閃絡(luò)電壓，嚴(yán)重時(shí)造成閃絡(luò)擊穿^[4]。

二、電氣設(shè)備GIS內(nèi)部絕緣故障改進(jìn)策略

從上述GIS內(nèi)部絕緣故障中我們不難看出，質(zhì)量管控在這些故障中所占到的比例很大，所以加強(qiáng)質(zhì)量管控措施是解決GIS內(nèi)部故障的重要手段之一。在GIS設(shè)備的生產(chǎn)、制造、運(yùn)輸、安裝的過(guò)程中，產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)管把控不到位。加強(qiáng)管控檢驗(yàn)工作，才能最大程度上的避免隱患和事故，降低故障發(fā)生率。對(duì)質(zhì)量把關(guān)，降低設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)的影響;對(duì)組裝，清理檢驗(yàn)，降低出廠事故風(fēng)險(xiǎn);對(duì)出廠環(huán)境嚴(yán)防，降低外來(lái)因素干擾。從而達(dá)到高水平、高質(zhì)量、高效率、好效益。故障的出現(xiàn)不能只是怪罪于生產(chǎn)廠家的監(jiān)管控制，這也與買家自身有關(guān)系。作為一個(gè)買家，首先應(yīng)該關(guān)注的就是產(chǎn)品的口碑以及質(zhì)量，對(duì)需要購(gòu)買的產(chǎn)品需要做到嚴(yán)格排查，對(duì)設(shè)備操作說(shuō)明熟練掌控，對(duì)于后期的維護(hù)保養(yǎng)做到細(xì)致認(rèn)真。

為了安全可靠性，設(shè)備在使用前需要試驗(yàn)，只有在試驗(yàn)安全的情況下，用戶才可以使用，還需要對(duì)其進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。試驗(yàn)時(shí)，需要專業(yè)調(diào)試人員監(jiān)督，加強(qiáng)與技術(shù)人員的交流溝通，不斷學(xué)習(xí)。正常情況下，SF6氣體分解的試驗(yàn)需要設(shè)備投入運(yùn)行后的一個(gè)月內(nèi)來(lái)進(jìn)行，之后的3到6個(gè)月需要重新試驗(yàn)。沒(méi)有異常的話，一年就完成一次就可以。在試驗(yàn)的產(chǎn)品GIS設(shè)備處于各種環(huán)境下無(wú)故障，可以使用。在使用過(guò)程中，還可以增加在線監(jiān)測(cè)診斷設(shè)備，這種設(shè)備主要監(jiān)測(cè)對(duì)象為SF氣體分解物、微水量、設(shè)備內(nèi)部氣體壓力、局部放電量。這種設(shè)備需要具有抗干擾能力，從而降低監(jiān)測(cè)誤差的不利情況出現(xiàn)。局部放電試驗(yàn)是基于各種GIS設(shè)備故障的絕緣問(wèn)題都是從局部放電開(kāi)始，由局部放電的明顯性可以看出絕緣故障的嚴(yán)重性。所以局部放電試驗(yàn)很有必要。

工業(yè)領(lǐng)域在全球內(nèi)的不斷發(fā)展，電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備GIS也被要求的越來(lái)越高，比如在可靠性、穩(wěn)定性、安全性、效率等方面的要求不斷加強(qiáng)。GIS的內(nèi)部絕緣故障作為最經(jīng)典的問(wèn)題之一，內(nèi)部絕緣問(wèn)題還是決定了設(shè)備的安全以及可靠，加強(qiáng)質(zhì)量檢測(cè)，才能最大程度保證GIS內(nèi)部絕緣性能，給電氣設(shè)備以及生命安全提供有利保障。

結(jié)束語(yǔ)：快速的分析GIS內(nèi)部絕緣故障的種類以及原因，可以為解決問(wèn)題快速找到方法和依據(jù)，節(jié)省了大量時(shí)間。加強(qiáng)監(jiān)控，通過(guò)局部放電試驗(yàn)等各種試驗(yàn)，消除各種隱患，防范未然，為生命安全做出有利保障。

參考文獻(xiàn)：

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[3]蔡智超.電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備GIS內(nèi)部絕緣故障的分析及處理研究[J].科技視界，2017（33）：120-121.

[4]張立功，豆占良，張俊珍.電氣開(kāi)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.