一起GIS 避雷器耐壓試驗不合格原因的分析

吳如祥

（廣東電網公司東莞供電局，廣東 東莞 523120）

GIS（Gas Insulated switchgear，氣體絕緣金屬封閉開關）設備是由斷路器、隔離開關、接地開關、母線等元件直接聯到一起，封閉在接地的金屬外殼內，殼內充以額定壓力的SF6氣體作為滅弧介質。近年來，隨著城市電網建設的發展，GIS變電站的數量不斷增加。GIS因其具有的諸多優點，已經成為主導電力設備。但是，由于電力GIS設備本身的封閉性，使得故障檢測和診斷相對困難，同時該類設備內部場強又很高，一旦出現內部缺陷，極易發生設備故障。GIS在現場安裝后，需進行耐壓試驗，來驗證其運輸和安裝過程中是否受損以及檢查其重新組裝的正確性、嚴謹性。在2011年一次110kVGIS耐壓試驗過程中，暴露出GIS設備內部安裝所存在的問題。

1 發現問題

在一個110kV新站安裝工程中，完成GIS避雷器安裝后，對避雷器與GIS整體進行了絕緣耐壓試驗。在試驗工作進行至#1主變進線B相避雷器交流項目——持續運行電壓下的阻性電流及 2mA下工頻參考電壓測試時，當電壓加至8kV，ZSBL-2氧化鋅避雷器分析儀出現故障，RCD-4避雷器阻性電流測試儀卡死。接著對#1主變進線A、C相避雷器進行測試，試驗數據合格。

與此同時，在B相試驗過程中，一方面采用避雷器計數器觀察其在加壓過程的全電流變化；另一方面對避雷器進行局放測試。當電壓加至11kV時，在避雷器與電纜終端的法蘭面處收集信號的PDM 2000局放測試儀出現了明顯的局部放電信號，且放電信號超出儀器量程。同時可聽見GIS避雷器罐體靠近法蘭面處有輕微的嗡嗡聲。

在各GIS間隔所有盆式絕緣子附近用利用外置式UHF傳感器，可以接收到從這些部位泄漏出來的局部放電特高頻電磁波信號。在對#1主變進線間隔B相避雷器進行耐壓時候，升壓至8kV左右，耐壓設備電流指針擺動劇烈，甚至出現過流。#1主變進線間隔避雷器盆式絕緣子附近接收到特高頻電磁波信號圖譜如圖1所示。

圖1 B相避雷器耐壓局放對應的波形

隨后對試驗不合格的避雷器進行了整體拆卸，發現避雷器氣室與電纜倉氣室連接處，B相導體和觸頭螺絲存在放電痕跡，A相導體有螺帽印痕，如圖2、圖3所示。

圖2 B相避雷器解體后檢查情況

表1 避雷器部件實際測量

圖3 B相避雷器解體后檢查情況

2 原因分析

1）鑒于避雷器未安裝前，GIS設備單獨進行耐壓試驗已通過（8.4kV），而且避雷器安裝后A、B、C三相阻性電流測試均合格，基本排除GIS和避雷器本身存在缺陷導致放電的可能性。

圖4 安裝錯位的避雷器比較

圖5 避雷器觸頭與PT觸頭對比

（1）放電的直接原因

安裝在避雷器上的觸頭不符合標準尺寸，而剩余待安裝的觸頭才是避雷器應安裝的觸頭。觸頭導體與錯誤的觸頭在內徑上有 10mm左右的差距，若安裝上去，導體與觸頭接觸將會出現三種狀態：一是導體與觸頭靠邊緣接觸，二是導體通過螺帽與觸頭接觸，三是完全不能接觸。因此避雷器觸頭存在錯誤安裝，避雷器觸頭與PT觸頭混淆調轉安裝，這是耐壓試驗過程中產生放電的直接原因。

（2）兩種觸頭外觀比較

我們對兩種觸頭進行了外觀上的比較。左上圖為避雷器上的旋轉式觸頭，有粉紅色絕緣材料的澆注，螺絲安裝底座和接觸觸頭分列兩邊。右上圖為裝在 PT上的直插式觸頭，安裝底座與觸頭在同一個軸線上。很顯然，兩種觸頭有著完全不同結構和功能。

2）避雷器在裝配外觀上，附在避雷器上的在線監測儀正面觀察視線與墻面有60°角差，而廠家資料顯示在線監測儀是與墻面平行的，就是說安裝的避雷器與設計圖所示的避雷器有一個約60°角的偏差。從外觀角度上看避雷器安裝是錯誤的。由此可以斷定避雷器與GIS的安裝角度發生錯位。

3）避雷器解體后我們對放電的導體和觸頭進行了詳細的檢查，并對導體、安已裝的觸頭、待安裝觸頭直徑進行了尺寸量取，如表1所示。

（3）角度偏差的原因

由于避雷器上的是旋轉觸頭，PT觸頭是直插式觸頭，兩種觸頭在同一個地方拼裝后會有一個60°角的偏差，這與外形上偏60°是吻合的。

4）耐壓試驗放電原因分析

由于觸頭裝上彈簧后會使兩邊各有 4mm內徑的減少，所以50mm的導體與54mm的觸頭配合接觸后，會是緊固并良好接觸的；當用50mm的導體與 62.8mm的觸頭配合接觸后，即使觸頭裝上彈簧也是相差甚遠。這種情況下耐壓試驗使其帶電，導體與觸頭就會出現前面提到的邊緣接觸、螺絲接觸、完全不接觸三種接觸狀態。在試驗過程中，如圖 6所示，①A相帶電導體與觸頭靠右邊邊緣接觸，左邊螺絲與導體有擠壓，螺絲、導體、觸頭同一電位，不會產生放電；②B相帶電導體和觸頭、螺絲和帶電導體都沒有互相接觸，由于左邊的螺絲離帶電導體間隙最小，產生電位差放電，其它兩顆與導體間隙稍大，但也產生輕微放電；③C相帶電導體和觸頭靠左邊邊緣接觸，但接觸不完全，導體帶電后，亦存在電位差，有很輕微的放電；④而#2間隔在同樣裝錯的情況下，卻沒有發生放電試驗不合格，因為工藝偏差，#2主變進線間隔避雷器錯誤觸頭與導體能實現接觸，才能僥幸通過耐壓試驗。

圖6 避雷器結構示意圖

5）螺帽“印記”產生原因

由于錯誤觸頭比正確觸頭底座厚4mm，所以安裝上錯誤觸頭之后螺絲距導體的間隙比正確間隙是會少4mm，造成螺絲擠壓導體的“撞底”事件也是必然的。

3 預控措施

1）避雷器觸頭與 PT觸頭有著絕然不同的區別，廠家人員在設備安裝上負有不可推卸的責任。我們應加強施工現場監督管理，應對廠家現場委派技術人員有一定的資歷要求，有相當的技能水平，并有著豐富的現場經驗。

2）GIS避雷器在安裝上并沒有體現其惟一性。同一個觸頭在兩個完全不同功能的位置都能安裝上去，而且避雷器筒體向左或向右旋轉 120°亦可以實現裝拼，在避雷器安裝處只有在上法蘭有相應A、B、C標識，下法蘭沒有保證惟一位置的標識，這一切都有可能導致觸頭的錯誤安裝。要求制造廠家在設計上作出優化，使設備現場安裝時避免同類事件發生。

3）如果觸頭錯誤安裝，只要螺絲與導體有接觸后，就能僥幸通過耐壓試驗項目。所以耐壓試驗手段未必能避免裝錯觸頭事件的發生。現場的施工方案或者作業表單上應在各個環節細化，嚴格執行規范，防止錯誤安裝。

4 結論

安裝設備發生誤裝的情況在電氣安裝中是絕對不允許的，誤裝所造成后果的嚴重性和毀滅性不堪設想。我們應吸取同類事故的教訓，嚴把設備安裝流程和質量的關，讓設備運行沒有任何缺陷漏洞。