電氣開關設備GIS內部絕緣故障研究

李佳雨

【摘 要】在電氣開關設備運行過程中容易出現內部絕緣故障，對供電系統運行安全和運行穩定性造成威脅，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設備的內部絕緣故障進行分析，包括絕緣構件缺陷、表面污染、緊固構件松動、設備內部受潮等。在此基礎上，探討GIS設備的內部絕緣故障處理方法，以期提高GIS設備故障檢修效率。

【關鍵詞】電氣開關設備;內部絕緣故障;處理方法

隨著城市供電壓力的不斷提升，系統容量和電壓等級都出現明顯提高，在此情況下，電氣開關設備GIS經常發生內部絕緣故障，比如絕緣拉桿擊穿、絕緣子閃絡等。GIS設備內部絕緣故障嚴重時會導致機組停機，給電力企業帶來巨大經濟損失。因此，有必要對GIS設備的內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合，確保GIS設備的穩定運行。

1 GIS設備內部絕緣故障分析

1.1 絕緣構件缺陷及機械損傷

GIS設備內部絕緣結構緊湊，運行在高壓環境下，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。相關統計結果顯示，GIS設備內部絕緣故障主要包括5大類。

其中，絕緣構件的自身缺陷及機械損傷是主要故障類型，在GIS設備內部絕緣故障中占36%左右。GIS設備的絕緣構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，容易出現局部裂紋，或因碰撞和施工力度過大，受到損傷。出現裂紋后，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，容易發生絕緣子閃絡問題。隨著裂紋的逐漸擴大，還會出現擊穿接地現象[1]。

1.2 絕緣構件表面污染問題

在GIS設備的運行過程中，內部絕緣構件不可避免的會積聚灰塵雜質，在GIS設備的生產、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。如果不能定期對其進行清理，會引發絕緣故障問題。在氣室內，導電雜質自由運動，對SF6氣體純度產生影響，進而導致其絕緣性質降低。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，容易出現沿面放電現象。隨絕緣子的表面電荷量增加，其沿面閃絡電壓會出現明顯下降，引起GIS設備內部絕緣故障。

1.3 緊固構件松動

緊固件松動屬于組裝質量問題，在GIS設備的生產和安裝過程中，由于工藝技術不到位，為對其進行嚴格檢查，導致屏蔽罩、殼內金具等部件安裝不牢固，容易出現松動缺陷。緊固件松動會對GIS設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，出現強烈局部放電現象。而且屏蔽罩在振動過程中會出現變形，進而引起內部電場畸變，發生絕緣擊穿事故。在這種情況下，一些小的零件容易發生脫落，比如螺栓等，進一步破壞內部電場的均勻性，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設備內部受潮等。GIS設備在技術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，容易引發絕緣故障。GIS設備導體表面缺陷主要是由于生產、組裝技術不達標、或受大幅值過電壓沖擊導致的。出現表面缺陷后，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，容易發生尖端放電，進而導致跳機事故。此外，GIS設備內部受潮也容易發生絕緣故障，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，產生具有強腐蝕性的雜質，對絕緣部件進行腐蝕，同時也容易危害檢修人員的安全。絕緣構件被腐蝕，閃絡電壓降低，容易出現閃絡擊穿現象[3]。

2 GIS設備內部絕緣故障處理方法

2.1 加強設備質量管控

從上述GIS設備內部絕緣故障分析中可以看出，許多故障問題都源于GIS設備的生產、安裝環節，做好相關質量檢查工作，加強產品驗收，可以有效避免內部絕緣故障的發生。具體應采取以下幾方面措施：（1）合理進行GIS設備選型，對重要配套產品進行謹慎選擇，對產品質量嚴格把關，防止出現選配不當的問題;（2）加強絕緣部件質量檢查，對生產安裝工藝的操作過程進行嚴格檢查，防止出現機械損傷，并做好清潔度檢查;（3）做好制造裝配、現場組裝的風險控制工作，做好防污、防潮措施，使GIS設備內部絕緣風險得到有效控制;（4）做好出場試驗、現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生交叉干擾，安排專業人員進行質量復查。

2.2 完善現場絕緣試驗

GIS設備絕緣檢測試驗分為型式試驗、出廠試驗和現場試驗，其中現場試驗是GIS帶電運行前的最后檢驗環節，如果設備存在絕緣故障隱患，可以在試驗中發現異常。因此，做好現場試驗十分重要，可以提前找出設備缺陷，并及時加以處理。此外，在進行狀態評估和檢修時，也要進行現場絕緣試驗，必須對現場試驗進行不斷完善。目前GIS設備的現場劇院試驗主要包括SF6氣體濕度測試、交流耐壓測試和設備泄漏測試等。其中，GIS設備要獲得較好的絕緣性能，必須保證SF6氣體的壓力和質量符合要求。交流耐壓試驗則可以檢測出GIS設備內部絕緣子的污染、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設備的內部缺陷，因此，還要對GIS設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GIS設備故障統計結果顯示，無論是何種原因導致的絕緣故障問題，都是從局部放電現象開始的，而且絕緣故障問題越嚴重，局部放電現象越明顯。因此，對GIS設備進行局部放電試壓，可以有效診斷出GIS設備是否存在內部絕緣掛賬。目前使用的技術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，判斷故障性質及嚴重程度。一般在GIS設備投入運行后的1個月以內，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 實時在線監測

在采用給上述故障診斷處理方法的基礎上，還應利用在線監測診斷系統，對GIS設備的運行狀態進行實時監測。在線監測系統的檢測內容主要包括設備內部氣體壓力、局部放電量、微水量和SF6氣體分解物等。用戶可以根據實際需要，選用合適的在線監測產品，為其靈敏度和抗干擾能力提供保障。在實時在線監測系統的支持下，隨時掌握GIS設備運行狀態，避免發生嚴重的絕緣故障事故。

3 結束語

內部絕緣故障時GIS設備的常見故障，對其具體類型及發生原因進行分析，可以為診斷和檢修提供依據。在此基礎上，通過加強設備生產、安裝的質量監管，消除設備自身故障隱患，并通過局部放電等檢測試驗，找出設備故障問題，從而提早處理，防止發生嚴重事故。

參考文獻：

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

[2]國家電網公司基建部主編.國家電網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：國網山西省電力公司檢修分公司）