GIS設備問題分析及質量提升措施研究

羅浠

摘 要：GIS設備作為一種集聯絡、控制、測量和保護為一體的高度集成化開關電器，具有占地面積小、配置靈活、受外部環境影響小等優點，裝用量迅速增長。近幾年，電網系統內陸續發生多起GIS設備質量問題導致的事故，造成多起變電站停電事件，嚴重影響電網的安全運行。

關鍵詞：GIS設備 質量問題 提升措施

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（b）-0089-02

1 GIS設備質量現狀

自2011年起，電網系統內陸續發生多起GIS設備質量問題導致的事故，造成多起變電站停電事件，嚴重影響電網安全運行。GIS設備主要質量問題出現在組部件的材質及加工工藝、部件及整體裝配、外購件和外協件的質量等方面。根據現場實際經驗，絕大部分的GIS設備事故都是制造質量問題造成，且以新投運的GIS設備為主。說明制造廠在產品制造階段質量控制把關不嚴，導致存在隱性缺陷的設備出廠，甚至投入運行。這些隱性缺陷反映到運行中就可能導致嚴重的電網事故和設備事故。

2 典型案例分析

某兩座新建變電站（A站和B站）220 kV GIS設備出現嚴重的產品質量問題，其中斷路器滅弧室、母線刀閘操作機構拐臂、設備殼體內部清潔度、設備表面銹蝕等問題具有明顯的家族性缺陷特征，且隱患的存在具有相當的隨機性和潛伏性，屬嚴重的設備制造質量問題。其中：

A站220 kV GIS設備在2011年11月3日和2012年1月16日先后兩次在啟動過程中發生故障，導致啟動失敗。

B站220 kV GIS設備所有母線刀閘操作機構發生家族性嚴重缺陷和其他隱患，導致交接試驗未能通過，投產計劃失敗。

經事后調查，A站和B站220 kV GIS設備事故都是因為產品制造階段質量控制把關不嚴導致的質量問題引起的。

2.1 斷路器滅弧室靜觸指存在金屬異物

2.1.1 存在問題

共解體二十五相斷路器，發現九相斷路器滅弧室靜觸指縫隙內（或屏蔽罩內）藏匿相當數量毛邊飛刺，約占已解體斷路器的40%。多臺斷路器殼體內部發現金屬碎屑。

2.1.2 原因和結論

（1）金屬毛邊飛刺是導致A站兩次發生斷路器故障的直接原因。藏匿于斷路器滅弧室靜觸指及觸指屏蔽罩內的金屬毛邊飛刺具有一定的長度和體積。經斷路器操作震動或受斷路器開斷時氣體壓力逼迫，這些金屬毛邊飛刺就會由相對靜止狀態成為游離狀態進入弱電場區域而致使絕緣擊穿。

（2）由于金屬異物藏匿于斷路器滅弧室靜觸指及觸指屏蔽罩內，處于強電場區域，未經外力擾動不成游離態。常規耐壓試驗和局放試驗很難發現。

（3）共解體二十五相斷路器，發現九相斷路器滅弧室靜觸指縫隙內（或屏蔽罩內）藏匿相當數量毛邊飛刺。經分析這些針狀金屬異物產生的原因是：由于設計圖紙工藝要求不明確、外協廠加工后的打磨去刺工藝未執行或執行不徹底、入廠檢驗流于形式、庫存管理對于重要零部件劃分不明確和防塵管理不徹底、零部件清洗環節不徹底、組裝時對于飛邊毛刺及是否附著其他金屬異物等的外觀檢查不夠、組裝前零部件清潔度的檢查不徹底、出廠試驗發現耐壓閃絡而未找到閃絡點就出廠。

2.2 斷路器滅弧室極間絕緣筒有沿面閃絡痕跡

2.2.1 存在問題

解體二十五相斷路器，發現有六相斷路器滅弧室極間絕緣筒有沿面閃絡現象。

2.2.2 原因和結論

（1）極間絕緣筒的閃絡痕跡是由于觸指片上存在飛邊毛刺及屏蔽罩連接部位未清理干凈的金屬針狀碎屑，隨斷路器的動作掉落在極間絕緣筒上，在出廠耐壓試驗或現場交接試驗發生閃絡所致。

（2）在出廠耐壓試驗和現場交接試驗中，對于出現一次閃絡后二次加壓通過的問題沒有認真查找原因，未打開斷路器氣室對極間絕緣筒進行確認，僅檢查了盆式絕緣子未見異常后就判定為氣隙放電，從而允許出廠。

（3）在出廠耐壓試驗過程中出現多次閃絡，在局部簡單檢查未果的情況下，判定為試驗設備出問題，反映人機能力和分析水平待提高。

2.3 斷路器主觸頭磨損不均有咬痕

2.3.1 存在問題

解體發現多臺斷路器主觸頭存在異常磨損痕跡。

2.3.2 原因和結論

涂抹于斷路器主觸頭的特種潤滑劑是維持觸頭特性的關鍵物質。出現特種潤滑劑的異常損耗而導致觸頭磨損，說明工廠對斷路器觸頭特種潤滑劑涂抹及維持這一關鍵工序的控制存在漏洞。結合現場及返廠解體檢查情況，初步推測造成觸指咬痕的原因可能有以下兩點：

（1）國產觸指材質質量達不到設計要求。

（2）裝配工藝達不到設計要求、工藝控制執行不到位。

2.4 隔離開關、接地開關行程不足，調節樣沖紊亂

2.4.1 存在問題

（1）在出廠耐壓試驗過程中，發生由于一把接地開關分閘開距不足導致擊穿。

（2）在現場交接試驗過程中，出現閃絡。后經檢查發現一把母線隔離開關分、合閘開距均超程。

（3）在B站GIS設備發現有2組隔離開關和2組接地開關行程調節樣沖紊亂。

（4）返廠解體檢查發現A站2組隔離開關和2組接地開關分閘行程不符合標準，多把隔離開關和接地開關行程調節樣沖紊亂。

2.4.2 原因和結論

（1）隔離開關和接地開關行行程存在超程問題對運行威脅甚大。經返廠解體檢查，確認隔離開關和接地開關行行程不符合標準具有普遍性，反映對隔離開關和接地開關行程的調試不嚴謹。

（2）刀閘和接地刀行程樣沖是判別行程調節是否到位的依據。調整樣沖出現紊亂現象說明調試工藝標準或不完善或執行不到位。

2.5 B站母線刀閘操作機構設計、工藝不當導致家族性缺陷

2.5.1 存在問題

在對B站GIS設備耐壓試驗過程中，發現兩把母線刀閘刀閘操作機構傳動機構連桿與固定夾件脫落，導致機構動作分閘，而實際刀閘保持在合位。經檢查分析判定，B站所有母線刀閘刀閘操作機構均存在同樣的隱患。

2.5.2 原因和結論

出于某種原因，變更了母線刀閘操作機構結構。結果由于設計不當，加工不良，導致B站所有54把刀閘操作機構均存在嚴重缺陷。這些刀閘在工廠裝配調試和出廠試驗過程操作多次均未發現異常，說明隱患的存在具有相當的隨機性和潛伏性。

2.6 GIS設備殼體內部清潔度不良

2.6.1 存在的問題

在對多臺斷路器間隔解體檢查過程中，在殼體內表面、斷路器電弧噴嘴、弧觸頭套筒等部位發現多處不明污跡和片狀碎屑異物；返廠解體檢查中，仍發現部分斷路器氣室、隔離開關氣室有不明污跡和片狀碎屑異物。

2.6.2 原因和結論

異物存在反映對GIS設備內部清潔度的重視程度和技術手段是不符合相關要求。

3 提升GIS設備質量的措施

鑒于GIS設備在系統中的突出地位、發揮的重要作用、裝用量迅猛增長以及近幾年的故障頻發，要保證電網的安全運行，應采取針對性強的措施，提升GIS設備質量。

提升GIS設備質量，必須從薄弱環節入手。從典型案例可知，GIS設備的質量問題主要出在產品制造階段。因此要有效提升GIS設備質量，必須提前介入，關口前移，在設備制造中加強設備關鍵工序和關鍵環節的監造和出廠試驗的見證工作，盡可能把設備質量隱患消除在出廠前；在設備投運前，從嚴把好投入運行前的交接試驗，嚴禁將帶有質量隱患的GIS設備投入運行。

3.1 設備驗收、技術監督關口前移

3.1.1 存在的問題

目前，GIS設備以委托監造為主的方式對設備實行監造。A站、B站GIS設備發生的產品質量事故，暴露了設備監造管理存在的諸多問題。主要表現在以下方面。

（1）A站、B站GIS設備產品質量事故主要在于在原材料、外購件采購過程及生產過程檢查和關鍵工序質量控制方面出線嚴重失誤。

（2）A站、B站出廠試驗及調試過程中，實際多次出現耐壓不合格、機械調整不到位等異常情況。

（3）監造作業指導書等技術規范由于監造在技術上和監督手段上的缺陷，未能發揮有效作用。

（4）在委托監造的方式下，容易造成信息不及時、不準確，從而延誤了對問題的判斷和處理。

3.1.2 應對措施

把設備驗收、技術監督關口前移，建立自主監造體系，全面提升監造效能。

（1）分級監造，有的放矢。根據對供應商技術質量能力鑒定的結果，結合監造設備的重要程度以及運行表現，對設備采取分級監造。

①供應商技術質量能力鑒定是制定項目監造策略，全面有效開展監造工作的基礎，其目的是在監造工作開展前，對制造廠的制造和生產工藝流程、制造質量及設備制造單位的質量體系進行綜合評估，以明確監造等級、監造程序、監造大綱和作業指導書。

②設備監造的等級。設備監造等級原則上分為六級，其中一級監造級別最高，其余依次降低，分別是：駐廠監造+一級關鍵點監造；駐廠監造+二級關鍵點監造；駐廠監造+三級關鍵點監造；一級關鍵點監造；二級關鍵點監造；三級關鍵點監造。

其中，一級關鍵點監造是指對設備試驗過程、技術文件和70%以上的關鍵工序等進行監督；二級關鍵點監造是指對設備試驗過程、技術文件和40%～70%的關鍵工序等進行監督；三級關鍵點監造是指對設備試驗過程、技術文件和10%～40%的關鍵工序等進行監督。

③監造的重點環節：原材料及外購件管理；制造廠的質量管理體系；生產環境管理；設備制造關鍵工序；設備出廠試驗。

④監造的重點對象：新入網供應商和新型設備；長時間未使用過的設備和供應商；重點工程的重點設備；存在設計變更的設備；近兩年發生缺陷、事故的設備。

（2）優化監造工作流程，具體措施如下。

①監造設備確定后，組織根據設備供應商評價標準對制造廠進行一次全面的綜合評估，確定供應商的級別。

②根據供應商的級別，考慮監造設備和對象的差異性，確定監造級別。

③對于評定需要駐廠監造的，可委托監造公司、自行組織監造技術人員隊伍或聯合駐廠監造。

④關鍵點監造由甲方技術人員實施。

⑤監造級別確定后，根據駐廠監造作業指導書和關鍵點作業指導書開展監造工作。

⑥監造過程形成高效反饋機制，保證監造過程中發現的設備質量的不符合項得到及時糾正，實現設備質量的事先控制。

⑦根據制造廠在監造期間的表現情況，動態調整評價、監造級別。

⑧根據設備的調試、交接試驗和投運后的表現，動態調整評價、監造級別。

⑨將監造過程尤其是異常情況錄入信息系統，作為設備全生命管理的重要信息。

3.2 加強GIS設備出廠試驗和現場交接試驗工作

3.2.1 存在問題

A站、B站GIS設備在出廠耐壓試驗和現場交接試驗中，出現多起一次閃絡而二次加壓通過的情況，制造廠簡單判定為可恢復的氣隙放電，從而允許出廠和投入運行。

3.2.2 應對措施

出廠試驗和現場交接試驗工作除嚴格遵守原技術標準外，可適當補充增加以下措施。

（1）GIS設備在耐壓試驗中發生多次絕緣閃絡或投運后運行初期發生多次絕緣閃絡，應采用長時交流耐壓試驗，考核其絕緣性能是否穩定可靠，考核其絕緣老化速度是否過快。采用適當提高電壓（1.1～1.2倍運行電壓）的長時間（60 min）交流耐壓，其后再實施標準耐受電壓（出廠電壓的80%）的交流耐壓試驗。

（2）GIS設備出廠試驗、現場交接耐壓試驗中，如發生放電現象，均應解體或開蓋檢查、查找放電部位。對發現有絕緣損傷或有閃絡痕跡的絕緣部件均應進行更換。

（3）出廠試驗增加雷電沖擊試驗。雷電沖擊試驗對GIS內部存在的金屬微粒、雜質、尖端毛刺、裝配松動等情況較為敏感，252kV及以上設備應進行正負極性各3次雷電沖擊耐壓試驗。

（4）GIS斷路器、隔離開關和接地開關出廠試驗時應進行不少于200次的機械操作試驗，以保證觸頭充分磨合。200次操作試驗后，應徹底檢查動靜觸頭、導電桿及內部緊固連接，并進行內部徹底清潔，確認無異常再進行其他出廠試驗。

（5）GIS設備裝配時應對GIS設備內部的螺絲進行反復擰卸，并徹底清潔螺孔內的金屬物，避免其落入罐體內發生放電。

（6）交接試驗時應在交流耐壓試驗的同時進行局放檢測。220 kV及以下GIS設備的交流耐壓值應為出廠值的100%，500 kV及以上GIS設備的交流耐壓值應不低于出廠值的90%。有條件時還應進行沖擊耐壓試驗。

4 結語

提升GIS設備的質量，首先要加強GIS設備的監造工作，其次必須重點加強現場安裝過程中的驗收措施，強化質量控制意識。只有加強GIS設備在生產及安裝各環節的管理才能真正保證設備的質量和安全運行。

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