組合電器現(xiàn)場常見異常問題分析處理方法及方案

柳如見 柳緒祥 鄧東印

（1.山東泰開高壓開關(guān)有限公司 2.濟(jì)寧市建寧電器設(shè)備有限公司）

0 引言

組合電器（GIS）由于其結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)良、運(yùn)行維護(hù)工作量小、檢修周期長等優(yōu)點(diǎn)，在國家電網(wǎng)建設(shè)中應(yīng)用廣泛。

電氣設(shè)備健康水平是確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)；GIS安裝運(yùn)行后，現(xiàn)場小的異常也將影響設(shè)備的安全運(yùn)行，現(xiàn)場異常問題的及時(shí)正確處理，顯得尤為重要。本文就組合電器設(shè)備現(xiàn)場常見的異常問題進(jìn)行分析并提出了相應(yīng)的處理方法。

1 GIS設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)行常見異常問題

GIS設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)行常見異常問題包括機(jī)械故障（機(jī)構(gòu)失效）、氣體泄漏故障、內(nèi)部絕緣故障（擊穿、閃絡(luò)、異響等）、其他故障（安裝不當(dāng)、環(huán)境因素）等。

2 GIS設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)行常見異常問題的分析處理

2.1 機(jī)械故障

雖故障率最高，但檢修恢復(fù)較為簡單，不做詳述。機(jī)械故障的處理措施：①檢查電壓，檢查電機(jī)，接線，輔助開關(guān)、接觸器等部件是否完好；②檢查機(jī)構(gòu)本體部分，看有無卡阻，零部件損壞現(xiàn)象；③檢查SF6壓力，是否欠壓，需補(bǔ)氣至額定壓力。

2.2 氣體泄漏故障的分析處理

SF6氣體作為組合電器的絕緣和滅弧介質(zhì)，充氣壓力一般為0.4～0.6Mpa，是為保證其絕緣性能，因而一旦發(fā)生SF6氣體泄漏，當(dāng)其低于某一值將使設(shè)備無法繼續(xù)使用，有的甚至造成更大的電氣事故。因此，防治SF6氣體泄漏對產(chǎn)品使用性能的穩(wěn)定性具有重大意義。

1）氣體泄漏的判定：當(dāng)GIS氣室壓力存在持續(xù)下降的趨勢或突然地較快下降時(shí)，一般判斷為氣室漏氣?？墒褂冒l(fā)泡液或檢漏儀查找漏氣點(diǎn)。還可以通過包扎封裝的方式進(jìn)行漏氣率的計(jì)算。

2）氣體泄漏故障出現(xiàn)的原因主要有：①GIS附屬設(shè)備的漏氣（密控器、閥門等）；②GIS殼體缺陷漏氣（焊縫、砂眼等）；③密封面處的漏氣（密封面損傷、密封圈損傷）。

3）氣體泄漏故障的處理措施：①更換漏氣的密控器、閥門、密封圈等；②殼體漏氣，可通過補(bǔ)焊或更換的方式處理，制造廠需提高殼體質(zhì)量，安裝時(shí)也要防止對殼體磕碰；③密封面處漏氣，檢查對接面有無劃傷，更換損壞的密封圈等；④暫時(shí)性處理：如漏氣不太明顯，又不具備檢修條件時(shí)，可臨時(shí)補(bǔ)氣處理。

當(dāng)設(shè)備緩慢漏氣時(shí)，就要計(jì)算漏氣率，看是否滿足年漏氣率0.3%的要求。

將所測部位進(jìn)行包扎封裝（見圖1包扎檢漏示意圖），取幾個(gè)檢測點(diǎn)，用檢漏設(shè)備測量初始的ppm值，靜止時(shí)間（t=24h），再對幾點(diǎn)測量ppm值，然后計(jì)算充氣體積V，產(chǎn)品體積V1，包扎體積Vm，取大氣壓力P（一般0.097Mpa），充氣壓力Pr（以0.6Mpa為例），包扎檢測點(diǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 包扎檢測點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

計(jì)算：

式中，F(xiàn)為絕對漏氣率；C取前后差值，局部包扎取各部位之和，本例以整機(jī)包扎為例。

漏氣率為：

圖1 包扎撿漏示意圖

2.3 內(nèi)部絕緣故障的分析處理

SF6組合電器的內(nèi)部絕緣故障對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的不良后果最為嚴(yán)重，帶來的檢修工作量也是最大的，因此最大限度地降低內(nèi)部絕緣故障的發(fā)生及發(fā)生后的及時(shí)處理對設(shè)備電網(wǎng)安全運(yùn)行有著重要意義。

（1）內(nèi)部絕緣故障的判定

絕大部分內(nèi)絕緣故障都會產(chǎn)生局部放電，局放會使SF6氣體分解質(zhì)變（附分解產(chǎn)物正常濃度控制值、經(jīng)驗(yàn)值），從而影響電場分布，腐蝕絕緣件，造成絕緣擊穿；局部放電是內(nèi)部絕緣故障的先兆和表現(xiàn)形式。定期對設(shè)備進(jìn)行局放測試和SF6分解產(chǎn)物分析可及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，對設(shè)備的安全運(yùn)行很有必要，表2為不同氣室分解物濃度合格范圍。

表2 分解物濃度統(tǒng)計(jì)表

（2）內(nèi)部絕緣故障出現(xiàn)的原因

主要有：①絕緣件故障（絕緣件本身質(zhì)量差、異常受力、表面污穢等）；②GIS殼體、導(dǎo)體等缺陷（加工質(zhì)量差、安裝時(shí)未清理干凈、鍍銀質(zhì)量差）；③裝配不良（導(dǎo)體與梅花觸頭插入量不足、導(dǎo)體未對中安裝犯別勁、分合閘不到位、安裝時(shí)損傷部件、連接螺栓松動(dòng)等）；④外力對絕緣件造成影響（地震、雷擊）。

（3）案例分析：甲站金乙線絕緣子表面灼傷

1）當(dāng)時(shí)測得GL隔離開關(guān)氣室SO2濃度為120 ppm，H2S為25ppm，CO為60ppm，嚴(yán)重超標(biāo)?？蓴喽▋?nèi)部產(chǎn)生放電。拆解發(fā)現(xiàn)：GL與FES間的絕緣子凸面出現(xiàn)高溫電弧灼傷；并且殼體內(nèi)有大量粉塵（故障絕緣子位置和表面灼傷程度分別見圖2和圖3）。

圖2 故障絕緣子位置

圖3 故障絕緣子表面灼傷圖

2）本絕緣子查閱出廠試驗(yàn)合格。

3）拆解件廠內(nèi)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)：X光探傷、耐壓、局放、DSC均合格，耐壓檢測結(jié)果和局方檢測結(jié)果分別見圖4和圖5所示。

圖4 絕緣子工頻耐壓耐壓無異常（460kV，5min）

圖5 175kV局部放電量為2.03pC

4）電場分析：絕緣子所在位置的電場分布比較均勻，且凸面電場明顯好于凹面，且電場最高點(diǎn)出現(xiàn)于凹面一側(cè)，具體場強(qiáng)分布見圖6所示。

圖6 絕緣子電場場強(qiáng)分布圖

綜上試驗(yàn)情況，結(jié)合絕緣子凹凸面電場分析及故障氣室零部件的燒損情況（絕緣子表面灼傷面均勻，無明顯放電通道），可判定非絕緣子本身質(zhì)量問題，而是由于后續(xù)工作中此氣室受到污染（污染原因?yàn)椋含F(xiàn)場多次更換吸附劑、抽真空、充氣；現(xiàn)場安裝環(huán)境差、充氣不規(guī)范等），影響到絕緣性能，最終形成放電故障。放電后電弧游離，致使絕緣子表面灼傷。

（4）內(nèi)部絕緣故障的處理措施

1）絕緣件故障，就要從廠內(nèi)抓起，更加嚴(yán)格控制澆注工藝，提高絕緣件質(zhì)量，再就是安裝過程一定注意對絕緣件的清理及防護(hù)。因?yàn)楝F(xiàn)場出現(xiàn)絕緣件故障，就要通過解體間隔，對故障絕緣件進(jìn)行更換，工作量極大。

2）GIS殼體、導(dǎo)體缺陷，首先也要從廠內(nèi)抓起，嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求；其次安裝過程，杜絕違反規(guī)程，認(rèn)真清理部件?，F(xiàn)場出現(xiàn)此類問題，要找到原因，對殼體或?qū)w進(jìn)行清理，問題嚴(yán)重的要進(jìn)行更換。

3）裝配不當(dāng)缺陷，安裝過程嚴(yán)禁野蠻施工；使用對接工裝限位；出現(xiàn)問題首先要拆解查找原因，檢查固定螺栓是否松動(dòng)，及測量插入量，可采取重新安裝的方式處理，如重新安裝后，未消除故障，那就要更換相關(guān)部件來處理。總之，裝配不當(dāng)造成的內(nèi)絕緣缺陷，與施工人員裝配過程中的操作有很大關(guān)系，提高安裝人員的質(zhì)量意識和工作水平，可大大減少現(xiàn)場裝配不當(dāng)造成的內(nèi)絕緣問題。

4）外部環(huán)境對絕緣件造成的影響一般是不可修復(fù)的，只能通過現(xiàn)場更換的方案處理。雷擊過程電壓極高，避雷器的保護(hù)范圍有限，絕緣件有時(shí)被絕緣擊穿。

綜上所述，SF6組合電器的內(nèi)部絕緣故障對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的不良后果是最為嚴(yán)重的，我們需要最大限度地減少造成這種故障的因素，精細(xì)化設(shè)計(jì)工藝及安裝工藝，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。故障發(fā)生后，需要我們及時(shí)地與用戶溝通，編制合理的檢修方案，盡可能地以減少對用戶的損失為原則，及時(shí)有效地處理故障。

2.4 其他故障（設(shè)計(jì)安裝不當(dāng)、環(huán)境因素等）的分析處理

SF6組合電器的其他故障（安裝不當(dāng)、環(huán)境因素）雖然出現(xiàn)的概率較小，但一旦發(fā)生也會帶來巨大的檢修工作量，因此這類問題同樣不可忽視。

環(huán)境因素對設(shè)備造成的影響主要由自然災(zāi)害造成，比如地震、雷擊、火災(zāi)、洪水等，或者長期經(jīng)受風(fēng)吹日曬導(dǎo)致的設(shè)備部分件損壞等。不受人為控制，此處不做詳述。

設(shè)計(jì)、安裝不當(dāng)方面，此類問題主要是，未就安裝設(shè)備的環(huán)境進(jìn)行充分考慮，設(shè)計(jì)過程缺少相關(guān)計(jì)算，現(xiàn)場設(shè)備長期運(yùn)行受環(huán)境變化的影響造成的設(shè)備故障。下面就以組合電器乙站為例進(jìn)行簡要說明。

（1）理論計(jì)算分析

查閱相關(guān)資料，下列材料的平均線脹系數(shù)（×10-6mm/（mm℃））：鋁材為22～23.8，碳鋼為11.3～13，水泥、混凝土為10～13。

如圖7所示，某工程220kV GIS平面布置圖，兩線之間母線長度為13m，設(shè)定當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度為+15℃左右，按照環(huán)境溫度夏季最高氣溫為+40℃（與安裝時(shí)溫差為25℃），冬季最低氣溫為-35℃（與安裝時(shí)溫差為50℃）。

在高溫時(shí)，每米母線筒的最大伸長量為：

23.8×10-6×25℃×1000mm=0.595mm

水泥混凝土（或基礎(chǔ)預(yù)埋碳鋼件）的最大伸長量為

13×10-6×25×1000=0.325mm

在低溫時(shí)，每米母線筒的最大收縮量為：

23.8×10-6×50×1000=1.19mm

水泥混凝土（或基礎(chǔ)預(yù)埋碳鋼件）的最大收縮量為：

13×10-6×50×1000=0.65mm

通過計(jì)算得出，13m主母線的伸長量為（0.595 - 0.325）×13=3.51mm，壓縮量為（1.19 - 0.65）×13=7.02mm，則13m的母線最大變形量為3.51+7.02=10.53mm（-35～40℃）。

圖7 某工程220kV GIS平面布置圖

（2）波紋管的設(shè)置說明

一般地，組合電器，主母線筒每隔約15～20m設(shè)置波紋管，波紋管可以起到調(diào)整作用。本站原安裝波紋管及安裝工藝如圖8所示。

圖8 波紋管調(diào)整說明示意圖

從波紋管調(diào)整方案及上述計(jì)算可以看出，當(dāng)殼體受高溫膨脹時(shí)，波紋管收縮，殼體最大伸長量3.51mm遠(yuǎn)小于波紋管預(yù)留間隙10mm，此時(shí)波紋管可以完全吸收殼體受溫度升高帶來的殼體長度變化；當(dāng)殼體在溫度降低最大收縮量為7.02mm，波紋管應(yīng)有≥7.02mm伸長量才能完全吸收殼體長度變化，而實(shí)際波紋管外側(cè)螺母被緊死，不能吸收殼體變化。現(xiàn)場勘查后制定了處理方案措施：所配波紋管的一側(cè)法蘭外側(cè)增加碟簧（見圖9），使波紋管在膨脹與壓縮時(shí)均起到有效作用。

圖9 波紋管碟簧安裝示意圖

由于環(huán)境溫度的變化使土建基礎(chǔ)及母線殼體發(fā)生熱脹冷縮，只有殼體變化量通過波紋管的調(diào)節(jié)作用完全予以消除，才能保證設(shè)備的安全運(yùn)行。所以在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮現(xiàn)場實(shí)際，這對設(shè)備的正常運(yùn)行很有意義。

3 結(jié)束語

GIS組合電器是保證電力傳輸?shù)闹匾姎庠O(shè)備，設(shè)備的健康水平是確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)。如何使GIS設(shè)備安全運(yùn)行是需要高度重視的問題，不但在生產(chǎn)時(shí)要嚴(yán)格把關(guān)，而且設(shè)備現(xiàn)場異常故障的及時(shí)正確處理，也是對GIS廠家的必然要求。