110kV GIS設備電壓互感器擊穿放電故障原因

張野

摘 要：為確保氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）的安全操作，對GIS用電壓互感器（PT）現場運行工作中出現的擊穿放電故障開展了分類研究。經過研究分析每個種類電壓互感器擊穿放電的生產、現場裝置以及運行條件等等，從而得出導致電壓互感器擊穿放電故障的主要原因有油類污染、鐵芯夾帶異物、微量水分、眾多雜質以及鐵磁共振等等，并且建立了對應的技術管控對策，以望提升電壓互感器產品的應用可靠性。

關鍵詞：電壓互感器;擊穿放電;故障原因分析

引言

隨著目前我國電力事業的迅速發展，對電壓互感器性能提出了更高的要求，若電壓互感器的絕緣性能產生問題，將造成電壓互感器放電，導致一次或者二次纏組擊穿，導致繼電保護使得電業互感器退出運行，電力線路停止運行。為了確保GIS的安裝正常運作，本文按照以往多年生產過程中出現的電壓互感器擊穿放電故障，對電壓互感器普遍擊穿放電類型以及其產生因素展開研究分析，并且提出了對應的策略，旨在降低事故的發生。

一、GIS設備的概述

在電力工業當中，氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）是電力系統中重要的設備之一，其將一座變電站中除去變壓器之外的一次設備，此設備的所有帶電部分都是經無磁鑄鐵、鋁合金以及不銹鋼的金屬外殼包裹，同時內部充滿了具備良好的絕緣性能和滅弧性能的SF6氣體。其還包含斷路器、隔離開關、接地開關、電壓互感器、母線以及進出線套管等等，通過深化設計有機地組成一個整體。

GIS設備和以往的敞開式的配電裝置對比具有許多的優勢，主要體現在：設備運輸便捷、設備維護方便以及占地面積小等特征，在110KV變電站當中，其占地面積只有一般設備面積的三分之一左右;另一方面，GIS設備當中的主要帶電零件都處在封閉的外殼中，具備抗震性能較強、不受外界環境影響的特征，并且同時其加工精細化、技能先進化以及設備挑選優質化，具備低故障率、整體噪聲較小、消耗損失較小以及維修周期長的優勢。根據GIS設備應用范圍的擴張，國內外的GIS設備應用范圍的擴張，國內外的GIS設備生產廠家的數量也在持續地增加[1]。

二、GIS設備電壓互感器產生擊穿放電故障原因分析

對于電壓互感器產生的擊穿放電故障，歸納出導致擊穿放電故障的主要原因有以下幾點：

（一）油類污染造成的擊穿放電

電壓互感器在現場裝置過程中，因為抽真空解決過程沒有嚴格根據操作流程展開，造成真空泵內的油倒流，進入到電壓互感器氣室當中，產生氣室的屏蔽罩或者電壓互感器線圈等接觸到油污。運行之前，真空泵內的油當做絕緣油的一種能夠當做絕緣體對待，然而隨著電壓互感器氣室當中的一次高壓作用，造成局部放電，造成絕緣油碳化，簡而言之就是絕緣油在高壓作用下，分子鏈剖解斷裂成為碳化物，在屏蔽罩或者電壓互感器線圈上產生黑色附著層，從而成為放低通道，導致電壓互感器出現放電擊穿現象[2]。

（二）鐵芯夾帶異物引發的放電擊穿

鐵芯夾帶異物引發的擊穿方法處在倒裝形態時，因為其運輸及生產過程當中是正立狀態，一經產品在裝配過程當中不小心夾雜異物，加在鐵芯或者零件的某個部分，當產品帶電運行操作之后，在電磁場作用下鐵芯等出現細微的震感，再加上產品倒裝，就會造成異物掉落。當異物飄落在空隙距離最短處，電場將出現局部畸變，導致高壓導體對軀殼放電，放電產物噴射后造成SF6氣體被污染，后續有可能引發線圈外側的均壓屏蔽對軀殼放電、一次線圈巖面放電、絕緣盆子表層方點等一系列不規則的貫通性放電情況[3]。

（三）氣室當中小量水分導致的擊穿放電

電壓互感器的二次線圈繞線匝數高達上萬匝，因為其線圈層面應用的聚酯薄膜絕緣材料、漆包線表層絕緣漆、鐵芯硅鋼片表層的油漆及電壓互感器軀殼中表層的油漆等材料都為高分子原料，其表層很容易吸附空氣當中的少量水分，若電壓互感器線圈在安裝前沒有按照技術流程規范開展加熱除潮措施，就會很容易夾雜一些水分進到電壓互感器中。電壓互感器運行工程當中，因為高壓線圈當中溫度比較高，其中的少量水分就會散發到電業互感器中，若此時電壓互感器的作用下，會造成局部放電情況。氣室中視為絕緣體的SF6氣體能夠產生剖解，這些剖解五和水產生化學反應，導致具有腐蝕性的氫氟酸及硫酸等腐蝕鋁導體與聚酯薄膜等零件，就會形成短路故障的發生，從而引發電壓互感器放電擊穿。

（四）鐵磁諧振導致的放電擊穿

電壓互感器鐵磁諧振時，造成諧振過電壓，并且還有較大得過電流，再加上諧振持續時間較長，會在產品內部出現高溫，造成線包內部固化膠體消融，使線包固定失效出現位移，最后出現放電問題。放電觸及到SF6氣體絕緣媒介，將高壓線圈的絕緣性能被損壞，導致產品更進一步放電，嚴重狀況下還會導致電壓互感器出現爆炸現象。

為加強電壓互感器防止鐵磁諧振變化能力，就需要電壓互感器一次與二次纏組挑選上等的通導線，并且導線橫截面積要盡量大，從而加強產品耐受過電流的性能;此外，還要對牢固螺釘按照技術流程規范的牢固力度去操作;運輸階段采用沖擊記錄儀記錄運輸過程中是否出現過量沖擊，導致電壓互感器產品在運輸過程當中其脆弱部分出現損害。

結論

綜上所述，GIS設備作為110kV變電站中的重要構成部分之一，也是一種常用的高壓配電裝置，其具備巨高的安全性能，而且還具有一系列的優良性能，就需要在產生故障最為頻繁的階段做好期間檢測、平時維護以及護理管理工作，還要對設備重要零件加以嚴格監督，確保其可以正常運行，本文就主要結合GIS設備的概述，對其中常見故障及故障產生原因進行了簡單性的研究與分析，歸納出導致擊穿放電故障的主要重要原因包括油類污染、鐵芯夾帶異物、少量水分以及鐵磁諧振等，對于實際的GIS設備運行維護具有一定的參考價值。

參考文獻

[1]王棟，邱志斌，魏巍，路向東，盧祖文.220 kV某變電站GIS單相接地故障分析及處理措施[J].高壓電器，2020，56（11）：259-265+274.

[2]張丕沛，孫承海，孫艷迪，李秀衛，王輝.220kV SF_6電壓互感器內部放電故障的仿真分析[J].變壓器，2019，56（12）：68-71.

[3]杜鋼，熊俊，張若兵.基于脈沖電壓及超聲檢測的GIS母線故障定位技術研究[J].廣東電力，2019，32（06）：115-122.