110kVGIS設備隔離開關氣室相間短路故障分析及控制措施

董霞 李曉紅

摘 要：本文針對一起 110 kV GIS 設備隔離開關氣室相間短路故障進行分析，通過對GIS設備故障氣室進行現(xiàn)場解體檢查，利用 X 光無損檢測、玻璃化轉變溫度檢測以及密度檢測等手段，明確此次故障是由GIS設備安裝環(huán)境控制不良引起的，并針對該問題提出了相應的預控措施，對提高GIS隔離開關運行可靠性具有一定的指導意義。

關鍵詞：110 kV GIS 設備；開關氣室；短路故障；預控措施

高壓組合電器（GIS/HGIS）具有體積小、占地面積少、易于安裝、受外界環(huán)境影響小、運行安全可靠、配置靈活、維護簡單、檢修周期長等特點，在變電站中應用廣泛，其將斷路器、隔離開關、互感器、避雷器等元件直接聯(lián)結在一起，并全部封閉在接地的金屬外殼內，集成為一體的成套開關設備。隨著GIS設備的廣泛運用，在運行過程中越來越多的問題逐漸顯現(xiàn)，其中絕緣故障已成為影響GIS設備安全穩(wěn)定運行的最重要的因素之一。

1 事故概況

某GIS變電站進線間隔在運行過程發(fā)生A、B兩相相間短路故障而跳閘，隨后自動重合閘不成功，通過測距儀器確定故障點約在線路 11.6 km 處，對線路進行檢查未發(fā)現(xiàn)異常后再次對該線路進行試送電，但還是發(fā)生A、B相間短路跳閘。試送電不成功后排查線路開關設備，SF6氣體成分分析結果顯示SO2含量已超出儀器測量范圍，從而確定故障部位為 GIS 設

備進線電纜側三工位 1043 隔離開關氣室處。該GIS變電站主接線圖如圖1所示。

2 現(xiàn)場解體檢查情況

1043隔離開關結構為三工位直插式，解體后發(fā)現(xiàn)該隔離開關A相處于合閘狀態(tài)，B、C兩相為接地狀態(tài)。1043隔離開關A、B相間絕緣棒已燒毀，在其下方的些許碎片是絕緣棒燒毀產物，而B、C相間及C相與操作機構間的操作絕緣棒完好無異常，未見放電痕跡。1043隔離開關氣室與104斷路器連接處的盆式絕緣子表面有電弧燒灼痕跡，氣室內 SF6氣體固體分解物較多，其它部位無異常，分析認為1043隔離開關A、B相間絕緣操作桿在運行中絕緣被擊穿，從而造成 A、B 相間短路，進而引發(fā)三相相間短路，導致相關線路跳閘。由于故障點未消除，在隨后的重合閘操作以及試送電操作過程中，再次發(fā)生接地短路故障，在多次短路電流的沖擊下，最終導致了A、B相間絕緣棒完全斷裂損毀。

3 故障原因分析

1043隔離開關氣室發(fā)生絕緣故障前，系統(tǒng)無操作、無惡劣天氣、無過電壓、保護裝置及系統(tǒng)無異常，因此可排除放電故障是由外部原因引起。初步推斷導致1043隔離開關氣室A、B相間絕緣棒絕緣擊穿的原因為：

（1）絕緣棒自身缺陷引起的放電。因產品質量不良、固化工藝不良導致絕緣棒內存在氣泡、雜質，這使得絕緣棒在運行過程出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，導致絕緣劣化，從而發(fā)生相間短路故障。

（2）絕緣棒表面吸附灰塵雜質引起的沿面放電。絕緣棒表面吸附灰塵雜質主要是由于廠內安裝或現(xiàn)場安裝工藝控制不良所致，氣室內的灰塵雜質在強電場作用下，逐漸形成放電通道，從而引發(fā)相間短路故障。

下面通過X光檢測、玻璃化轉變溫度試驗以及密度檢測等方法對絕緣棒斷裂原因進行逐一排查分析。

3.1 X光檢測試驗

X 光檢測技術主要是利用 X 射線將物品曝光后，將其圖像在顯示器上顯現(xiàn)出來。目前 X 光檢測技術作為發(fā)現(xiàn)絕緣件內部是否存在氣泡、裂縫以及金屬絲等缺陷的一種有效手段，已廣泛應用于GIS設備絕緣件內部缺陷的檢測中。因此，采用X光對1043隔離開關B、C相間絕緣棒進行檢測，可發(fā)現(xiàn)絕緣棒內部是否存在裂紋或氣泡等缺陷。通過不同角度對該絕緣棒進行X光檢測，未發(fā)現(xiàn)絕緣棒存在明顯裂紋、氣泡等缺陷。

3.2 玻璃化轉變溫度檢測

絕緣棒是一種高分子材料，而玻璃化轉變是其一種固有屬性，玻璃化轉變對應的溫度，即為玻璃化溫度。通過對玻璃化溫度的檢測，可發(fā)現(xiàn)絕緣棒的形變與溫度的關系，根據(jù)玻璃化溫度是否滿足廠家要求，可判斷絕緣棒固化工藝是否存在問題。根據(jù)GB/T 22567—2008《電氣絕緣材料測定玻璃化轉變溫度的試樣方法》，對絕緣棒進行取樣，并分別將樣品按1～4進行編號，其檢測結果見表1。

由于目前針對絕緣棒玻璃化轉變溫度沒有統(tǒng)一標準，故檢測結果的判斷依據(jù)采用廠家內控標準。絕緣棒生產廠家給出的玻璃化轉變溫度為90℃，因此除1號試品較廠家標準偏低0.7℃，其它試品檢測結果均滿足廠家要求，但考慮實際存在的測量誤差，認為絕緣棒的玻璃化溫度符合廠家要求。

3.3 密度檢測

根據(jù)GB/T 4472—1984《化工產品密度、相對密度測定通則》，對絕緣棒取樣后進行密度檢測，其檢測結果見表1。由于目前針對絕緣棒密度沒有統(tǒng)一標準，故檢測結果的判斷依據(jù)采用廠家內控標準（密度差≤0.2 g/cm3）。由表1的密度測試結果可見，不同位置的密度波動較小，任意兩個樣品的密度差均在廠家內控標準的波動范圍內。

通過對 1043 隔離開關 B、C 相間絕緣棒進行 X光、玻璃化轉變溫度以及密度檢測，結果并未發(fā)現(xiàn)絕緣棒存在內部缺陷和固化工藝不良問題。因此，絕緣棒發(fā)生絕緣擊穿與絕緣棒自身質量無關。事實上，根據(jù)運行經驗，絕緣棒表面吸附灰塵雜質可能造成絕緣棒沿面放電，而持續(xù)的局部放電會造成絕緣棒發(fā)生絕緣故障。因此分析認為，1043隔離開關氣室在廠內安裝或現(xiàn)場安裝時，存在安裝環(huán)境清潔度控制不良或充氣時充氣管路不清潔的情況，從而造成該隔離開關氣室內清潔度降低，運行后在電場作用下，灰塵或雜質逐漸聚集在A、B相間絕緣棒上，引起短路故障，造成第1次跳閘，在短路電流的作用下，絕緣棒因電弧高溫局部發(fā)熱從而導致裂紋產生，第2次自動重合閘時故障電流使絕緣棒裂紋加劇，在第3次試送電時，故障電流使絕緣棒完全炸裂。

4 對策及建議

本文通過對一起 110 kV GIS 設備隔離開關氣室絕緣故障進行分析，認為在設備組裝過程中對環(huán)境控制不嚴，導致灰塵雜質進入氣室內，是造成該起GIS絕緣故障的主要原因。為避免此類故障再次發(fā)生，應做到以下幾點：

（1）對于廠內組裝的 GIS 部件，應加強品控工作，尤其是加強設備絕緣試驗（如耐壓試驗、局放試驗以及雷電沖擊試驗）的考核。品控工作經驗表明，絕緣試驗結果能夠反映GIS設備廠內組裝工藝以及安裝環(huán)境控制缺陷。

（2）對于GIS設備現(xiàn)場安裝工作，設備廠家應明確施工環(huán)境及安裝工藝要求，且在施工過程中要嚴格執(zhí)行工藝要求，使之符合技術條件及相關標準。在產品安裝環(huán)節(jié)，確保導體、屏蔽罩及絕緣子表面徹底清理干凈，使產品安全可靠。

（3）在GIS設備運 維過程中，采用超聲波以及超高頻法，加強局部放電測試工作，多方位對GIS設備進行排查，已達到提前發(fā)現(xiàn)設備隱患的目的，保證設備安全穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1]陳倉，張杰，趙滿江，等.GIS典型絕緣故障案例及原因分析[J].電瓷避雷器，2017，56（6）：7-14.