電氣開關設備GIS內部絕緣故障分析及處理研究

劉蜀江

（北海高新技術創業園發展有限公司，廣西北海 536000）

0.引言

隨著現代社會的不斷發展和城市電能供應要求的不斷提高，城市供電系統運行壓力逐步增大，電力系統運行電壓、整體容量和故障發生頻率均逐步增加。在此背景下，電氣開關設備GIS內部空間出現絕緣故障的可能性也隨之增加，嚴重者甚至會導致電能供應系統整體效能的下降，導致電能供應體系停止工作，最終給電力企業帶來巨大的經濟損失[1]。因此，有必要對電氣開關設備GIS的內部絕緣體系進行研究，找到電氣開關設備GIS絕緣故障探查和解決方法，構建事前預防和事中處理相結合的故障排查機制，對電氣開關設備GIS可能涉及的故障因素進行深度分析，從而切實提高GIS內部絕緣的故障檢修效率。

1.電氣開關設備GIS內部絕緣主要故障

1.1 零部件制造缺陷及機械損傷

電氣開關設備GIS零部件制造缺陷及機械損傷是內部絕緣的主要故障之一，在幾種不同的缺陷因素中占據著較大的比例，圖1即為幾種不同類型缺陷造成的故障[2]。通常情況下，電氣開關設備GIS零部件主要包括絕緣拉桿、絕緣支柱等構件，在生產構件的過程中制造缺陷和機械損傷是影響電氣開關設備GIS絕緣性的關鍵內容，在實際應用過程中主要表現為設備表面出現裂紋、設備內部結構出現氣泡和設備內含金屬元素存在雜質。就設備表面出現裂紋問題而言，在電氣開關設備GIS制作生產過程中，機械自身構件強度較差，因此很容易導致制成的設備應力釋放和消解后出現局部裂紋。在工程的預制過程和后續現場的安裝過程中，裝配操作不適宜或者螺栓拉緊力作用受力面不均勻等問題的出現都會導致最終現場母線出現殘余應力留存導致的局部裂紋。在現場安裝構件的過程中，現場施工的碰撞或者蠻力施工會導致構件出現裂紋[3]。此外，如果電氣開關設備GIS間存在微小裂痕，在長期的運行過程中，外界環境荷載力的作用最終會導致出現較長的貫穿性裂紋，使得電氣開關設備GIS表面的電壓參數值出現較大波動，嚴重的甚至會直接導致絕緣性能下降。

圖1 電氣開關設備GIS故障原因及其發生概率

1.2 絕緣零件的表面積累粉塵雜質

絕緣零件的表面積累粉塵雜質也是影響電氣開關設備GIS的重要因素，由于電氣開關設備GIS運行環境中的粉塵雜質不能得到完全意義上的消除，因此，GIS表面在長時間的工作后出現粉塵的累積也就不可避免[4]。在電氣開關設備GIS的裝配、現場組建和運輸車裝載過程中，周邊環境中出現的粉塵或者雜質、汗漬、水漬等污染防不勝防，都可能在后續的不嚴密清查過程中留下一定的安全隱患，最終導致電氣開關設備GIS在隱蔽處出現金屬微粒或者粉末微粒的累積。

1.3 導體的表面出現毛刺和劃痕

在電氣開關設備GIS的運行過程中，導體表面出現了一定的劃痕或者毛刺，亦是GIS設備的結構功能不能得到充分發揮的重要原因。電氣開關設備GIS的毛刺或劃痕通常是在構件的生產制造或工業化組裝過程中出現的，絕大多數是設備所在空間范圍內的工人工作不嚴謹或者是環境檢查不細致造成的。同時，如果電氣開關設備GIS受到較大的沖擊，沖擊過電壓會導致設備外部金屬部位發生局部放電現象，結果釋放的能量不能得到有效消除，引起釋放能量位置的變形。

1.4 緊固的零部件出現松動或脫落

緊固的零部件出現松動或脫落是GIS運行過程中存在問題的又一重要影響因素，更是設備在運行過程中出現組裝問題的典型表現，一般是由于電氣開關設備GIS生產廠家在應用過程中未嚴格按照裝配工藝和檢驗標準開展實驗性監測，致使電氣開關設備GIS的殼內金屬器件、外表面遮擋圍罩等關鍵部件出現了松動[5]。在電氣開關設備GIS的運行過程中，緊固的零部件結構出現松動或者脫落，很容易危害設備絕緣性，在應用過程中會出現較大的噪聲污染，也會導致電氣開關設備GIS空間內部出現懸浮電位問題，最終影響電氣開關設備GIS的局部放電過程。

2.電氣開關設備GIS內部絕緣故障處理方法

2.1 加強設備質量管控

在電氣開關設備GIS的實際運行過程中，其內部空間發生絕緣故障的主要因素包括零部件制造缺陷及機械損傷、絕緣零件的表面積累粉塵雜質、導體的表面出現毛刺和劃痕和緊固的零部件出現松動或脫落等，而上述原因在較大程度上直接與電氣開關設備GIS的制造過程、運輸過程、安裝過程的質量把控措施緊密關聯。為了盡可能消除電氣開關設備GIS運行過程中的各類故障，防止設備的正常運轉過程遭到破壞，首先，要加強對設備的質量監管。在電氣開關設備GIS的設備選型，電氣開關設備GIS使用者不僅應該關注設備的產品質量和市場占有率，而且對電氣開關設備GIS的匹配產品的質量嚴格把關，堅決杜絕使用存在質量問題的產品，防止電氣開關設備GIS的配套產品出現故障。其次，應該加強對電氣開關設備GIS的絕緣部件材料質量、生產過程質量和安全質量的監管，在電氣開關設備GIS的安裝試驗的關鍵節點設置風險點，避免絕緣部件在使用前完成盡檢工作，保障電氣開關設備GIS絕緣部件運行過程中的質量安全。再次，在電氣開關設備GIS的制造裝配過程和現場監督管理過程中，必須加強對電氣開關設備GIS安裝作業環境、施工工藝、流水節奏和生產光潔度的管理，避免GIS出現潮濕引起故障，對GIS內部故障影響因素加強把控。最后，在GIS出廠前，應關注設備的檢驗標準和檢驗過程的嚴謹性，認真按照國家相關規定履行電氣開關設備GIS的檢查過程，避免出廠試驗出現差錯。

2.2 做好現場絕緣試驗

在電氣開關設備GIS故障位置的排查和具體問題分析過程中，其絕緣試驗方法是多樣的，通常可借助SF6氣體濕度的監測試驗、電氣開關設備GIS的泄漏氣體試驗及交流耐壓試驗等實現。在電氣開關設備GIS的SF6氣體濕度的監測試驗過程中，SF6氣體質量的合格性監測以及試驗過程中壓力參數值的大小是試驗能否成功的關鍵，SF6氣體壓力參數值和質量參數是否合規更是保障電氣開關設備GIS良好絕緣性能的重要基礎，在設備運轉過程中，周圍空間的氣體濕度參數值測試和設備泄漏環境探查測試就成為必須開展的試驗項目，但鑒于SF6氣體的特殊性，該物質的濕度參數和滲漏性能并不能直接反映電氣開關設備GIS的絕緣性能的優良與否，上述論證完全能夠從某工廠的歷史數據得到充分驗證，具體參數如表1所示。也就是說，電氣開關設備GIS的SF6氣體的微水含量和年泄漏率參數值的變化，與電氣開關設備GIS內部發生故障的概率并不具有緊密的聯系性。因此，電氣開關設備GIS故障的排查，應該在加強現場的絕緣試驗的基礎上，得到更有關聯性的結果，最終測得更準確的結果。

表1 故障氣室 SF6 的微水含量和年泄漏率

2.3 局部放電試驗

在電氣開關設備GIS發生故障時，內部 SF6氣體可能分解產生各種物質，也就能夠憑借電氣開關設備GIS內含產物的種類和具體含量值的大小，快速監測GIS發生的故障類型和具體程度，準確找到出現問題的方位，最后判別故障原因并找到科學的處理方式。在此過程中，電氣開關設備GIS局部放電試驗監測能夠有效保障電氣開關設備故障參數得到全方位探查，進而形成完整的數據分析報告。電氣開關設備GIS局部放電試驗，能夠借助試驗過程和試驗結果與現有試驗條件形成的綜合診斷參數，通過參數之間的對比實現SF6電氣在設備間的全程監督，最后實現電氣開關設備GIS的故障診斷和排查，對比監測得到的數據信息和參考數值得到故障預警信號，表2即為某公司近年來利用局部放電試驗探究電氣開關設備GIS故障出現和預警示警信號的標準。

表2 電氣開關設備GIS中SF6氣體分解產物正常狀態參考值

2.4 實時在線監測

在電氣開關設備GIS運行的過程中，兩次預防實驗往往有一定間隔時間，若不能及時快速地處理間隔期間發生的缺陷問題或者故障問題，很可能影響電氣開關設備GIS的運行平穩性和安全性。實時在線監測模塊能夠對電氣開關設備GIS進行全天候監控，快速監測得到電氣開關設備GIS的內部的氣壓、水量、氣體分解程度等參數，便于對電氣開關設備GIS數據的監測和掌控。時在線監測功能能進一步發揮數據趨勢預測功能，在剔除電氣開關設備GIS監測值數據誤差的基礎上，快速掌握數據變化關系和變化狀態，實現對電氣開關設備GIS絕緣狀態的高效率評估。就現階段而言，市場中關于電氣開關設備GIS實時在線模塊的監測，更多借助電氣開關設備GIS微水、局部放電等數據的監管，也可借助SF6氣體分解物的在線監測和診斷工作，實現電氣開關設備GIS數據的系統性研究，實現按需選擇，匹配得到靈活性更強、抗干擾能力更強的數據監測產品，掌握電氣開關設備GIS現有狀態和變化趨勢，因此需要快速解決電氣開關設備GIS可能存在的各類問題，及時掐滅問題出現的苗頭，避免電氣開關設備GIS故障發生導致的經濟損失。

3.結語

本文在對電氣開關設備GIS內部絕緣主要故障進行分析的基礎上，總結出零部件制造缺陷及機械損傷、絕緣零件的表面積累粉塵雜質、導體的表面出現毛刺和劃痕和緊固的零部件出現松動或脫落等故障類型，針對上述故障類型提出了加強設備質量管控、做好現場絕緣試驗、開展局部放電試驗和開展實時在線監測工作等針對性策略，旨在為電氣開關設備GIS內部絕緣故障處理技術提高提供相關經驗。