GIS設(shè)備問題分析及質(zhì)量提升措施研究

羅浠

摘 要：GIS設(shè)備作為一種集聯(lián)絡(luò)、控制、測量和保護為一體的高度集成化開關(guān)電器，具有占地面積小、配置靈活、受外部環(huán)境影響小等優(yōu)點，裝用量迅速增長。近幾年，電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)陸續(xù)發(fā)生多起GIS設(shè)備質(zhì)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(wǎng)的安全運行。

關(guān)鍵詞：GIS設(shè)備 質(zhì)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(shè)備質(zhì)量現(xiàn)狀

自2011年起，電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)陸續(xù)發(fā)生多起GIS設(shè)備質(zhì)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(wǎng)安全運行。GIS設(shè)備主要質(zhì)量問題出現(xiàn)在組部件的材質(zhì)及加工工藝、部件及整體裝配、外購件和外協(xié)件的質(zhì)量等方面。根據(jù)現(xiàn)場實際經(jīng)驗，絕大部分的GIS設(shè)備事故都是制造質(zhì)量問題造成，且以新投運的GIS設(shè)備為主。說明制造廠在產(chǎn)品制造階段質(zhì)量控制把關(guān)不嚴，導致存在隱性缺陷的設(shè)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(wǎng)事故和設(shè)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(shè)備出現(xiàn)嚴重的產(chǎn)品質(zhì)量問題，其中斷路器滅弧室、母線刀閘操作機構(gòu)拐臂、設(shè)備殼體內(nèi)部清潔度、設(shè)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?shù)碾S機性和潛伏性，屬嚴重的設(shè)備制造質(zhì)量問題。其中：

A站220 kV GIS設(shè)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(fā)生故障，導致啟動失敗。

B站220 kV GIS設(shè)備所有母線刀閘操作機構(gòu)發(fā)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(chǎn)計劃失敗。

經(jīng)事后調(diào)查，A站和B站220 kV GIS設(shè)備事故都是因為產(chǎn)品制造階段質(zhì)量控制把關(guān)不嚴導致的質(zhì)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(fā)現(xiàn)九相斷路器滅弧室靜觸指縫隙內(nèi)（或屏蔽罩內(nèi)）藏匿相當數(shù)量毛邊飛刺，約占已解體斷路器的40%。多臺斷路器殼體內(nèi)部發(fā)現(xiàn)金屬碎屑。

2.1.2 原因和結(jié)論

（1）金屬毛邊飛刺是導致A站兩次發(fā)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(nèi)的金屬毛邊飛刺具有一定的長度和體積。經(jīng)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(tài)成為游離狀態(tài)進入弱電場區(qū)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(nèi)，處于強電場區(qū)域，未經(jīng)外力擾動不成游離態(tài)。常規(guī)耐壓試驗和局放試驗很難發(fā)現(xiàn)。

（3）共解體二十五相斷路器，發(fā)現(xiàn)九相斷路器滅弧室靜觸指縫隙內(nèi)（或屏蔽罩內(nèi)）藏匿相當數(shù)量毛邊飛刺。經(jīng)分析這些針狀金屬異物產(chǎn)生的原因是：由于設(shè)計圖紙工藝要求不明確、外協(xié)廠加工后的打磨去刺工藝未執(zhí)行或執(zhí)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(huán)節(jié)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(fā)現(xiàn)耐壓閃絡(luò)而未找到閃絡(luò)點就出廠。

2.2 斷路器滅弧室極間絕緣筒有沿面閃絡(luò)痕跡

2.2.1 存在問題

解體二十五相斷路器，發(fā)現(xiàn)有六相斷路器滅弧室極間絕緣筒有沿面閃絡(luò)現(xiàn)象。

2.2.2 原因和結(jié)論

（1）極間絕緣筒的閃絡(luò)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(xiàn)場交接試驗發(fā)生閃絡(luò)所致。

（2）在出廠耐壓試驗和現(xiàn)場交接試驗中，對于出現(xiàn)一次閃絡(luò)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(xiàn)多次閃絡(luò)，在局部簡單檢查未果的情況下，判定為試驗設(shè)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(fā)現(xiàn)多臺斷路器主觸頭存在異常磨損痕跡。

2.3.2 原因和結(jié)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(guān)鍵物質(zhì)。出現(xiàn)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(guān)鍵工序的控制存在漏洞。結(jié)合現(xiàn)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(chǎn)觸指材質(zhì)質(zhì)量達不到設(shè)計要求。

（2）裝配工藝達不到設(shè)計要求、工藝控制執(zhí)行不到位。

2.4 隔離開關(guān)、接地開關(guān)行程不足，調(diào)節(jié)樣沖紊亂

2.4.1 存在問題

（1）在出廠耐壓試驗過程中，發(fā)生由于一把接地開關(guān)分閘開距不足導致?lián)舸?/p>

（2）在現(xiàn)場交接試驗過程中，出現(xiàn)閃絡(luò)。后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)一把母線隔離開關(guān)分、合閘開距均超程。

（3）在B站GIS設(shè)備發(fā)現(xiàn)有2組隔離開關(guān)和2組接地開關(guān)行程調(diào)節(jié)樣沖紊亂。

（4）返廠解體檢查發(fā)現(xiàn)A站2組隔離開關(guān)和2組接地開關(guān)分閘行程不符合標準，多把隔離開關(guān)和接地開關(guān)行程調(diào)節(jié)樣沖紊亂。

2.4.2 原因和結(jié)論

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

（2）刀閘和接地刀行程樣沖是判別行程調(diào)節(jié)是否到位的依據(jù)。調(diào)整樣沖出現(xiàn)紊亂現(xiàn)象說明調(diào)試工藝標準或不完善或執(zhí)行不到位。

2.5 B站母線刀閘操作機構(gòu)設(shè)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(shè)備耐壓試驗過程中，發(fā)現(xiàn)兩把母線刀閘刀閘操作機構(gòu)傳動機構(gòu)連桿與固定夾件脫落，導致機構(gòu)動作分閘，而實際刀閘保持在合位。經(jīng)檢查分析判定，B站所有母線刀閘刀閘操作機構(gòu)均存在同樣的隱患。

2.5.2 原因和結(jié)論

出于某種原因，變更了母線刀閘操作機構(gòu)結(jié)構(gòu)。結(jié)果由于設(shè)計不當，加工不良，導致B站所有54把刀閘操作機構(gòu)均存在嚴重缺陷。這些刀閘在工廠裝配調(diào)試和出廠試驗過程操作多次均未發(fā)現(xiàn)異常，說明隱患的存在具有相當?shù)碾S機性和潛伏性。

2.6 GIS設(shè)備殼體內(nèi)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(nèi)表面、斷路器電弧噴嘴、弧觸頭套筒等部位發(fā)現(xiàn)多處不明污跡和片狀碎屑異物；返廠解體檢查中，仍發(fā)現(xiàn)部分斷路器氣室、隔離開關(guān)氣室有不明污跡和片狀碎屑異物。

2.6.2 原因和結(jié)論

異物存在反映對GIS設(shè)備內(nèi)部清潔度的重視程度和技術(shù)手段是不符合相關(guān)要求。

3 提升GIS設(shè)備質(zhì)量的措施

鑒于GIS設(shè)備在系統(tǒng)中的突出地位、發(fā)揮的重要作用、裝用量迅猛增長以及近幾年的故障頻發(fā)，要保證電網(wǎng)的安全運行，應采取針對性強的措施，提升GIS設(shè)備質(zhì)量。

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

3.1 設(shè)備驗收、技術(shù)監(jiān)督關(guān)口前移

3.1.1 存在的問題

目前，GIS設(shè)備以委托監(jiān)造為主的方式對設(shè)備實行監(jiān)造。A站、B站GIS設(shè)備發(fā)生的產(chǎn)品質(zhì)量事故，暴露了設(shè)備監(jiān)造管理存在的諸多問題。主要表現(xiàn)在以下方面。

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

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

（3）監(jiān)造作業(yè)指導書等技術(shù)規(guī)范由于監(jiān)造在技術(shù)上和監(jiān)督手段上的缺陷，未能發(fā)揮有效作用。

（4）在委托監(jiān)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(shè)備驗收、技術(shù)監(jiān)督關(guān)口前移，建立自主監(jiān)造體系，全面提升監(jiān)造效能。

（1）分級監(jiān)造，有的放矢。根據(jù)對供應商技術(shù)質(zhì)量能力鑒定的結(jié)果，結(jié)合監(jiān)造設(shè)備的重要程度以及運行表現(xiàn)，對設(shè)備采取分級監(jiān)造。

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

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

其中，一級關(guān)鍵點監(jiān)造是指對設(shè)備試驗過程、技術(shù)文件和70%以上的關(guān)鍵工序等進行監(jiān)督；二級關(guān)鍵點監(jiān)造是指對設(shè)備試驗過程、技術(shù)文件和40%～70%的關(guān)鍵工序等進行監(jiān)督；三級關(guān)鍵點監(jiān)造是指對設(shè)備試驗過程、技術(shù)文件和10%～40%的關(guān)鍵工序等進行監(jiān)督。

③監(jiān)造的重點環(huán)節(jié)：原材料及外購件管理；制造廠的質(zhì)量管理體系；生產(chǎn)環(huán)境管理；設(shè)備制造關(guān)鍵工序；設(shè)備出廠試驗。

④監(jiān)造的重點對象：新入網(wǎng)供應商和新型設(shè)備；長時間未使用過的設(shè)備和供應商；重點工程的重點設(shè)備；存在設(shè)計變更的設(shè)備；近兩年發(fā)生缺陷、事故的設(shè)備。

（2）優(yōu)化監(jiān)造工作流程，具體措施如下。

①監(jiān)造設(shè)備確定后，組織根據(jù)設(shè)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(jù)供應商的級別，考慮監(jiān)造設(shè)備和對象的差異性，確定監(jiān)造級別。

③對于評定需要駐廠監(jiān)造的，可委托監(jiān)造公司、自行組織監(jiān)造技術(shù)人員隊伍或聯(lián)合駐廠監(jiān)造。

④關(guān)鍵點監(jiān)造由甲方技術(shù)人員實施。

⑤監(jiān)造級別確定后，根據(jù)駐廠監(jiān)造作業(yè)指導書和關(guān)鍵點作業(yè)指導書開展監(jiān)造工作。

⑥監(jiān)造過程形成高效反饋機制，保證監(jiān)造過程中發(fā)現(xiàn)的設(shè)備質(zhì)量的不符合項得到及時糾正，實現(xiàn)設(shè)備質(zhì)量的事先控制。

⑦根據(jù)制造廠在監(jiān)造期間的表現(xiàn)情況，動態(tài)調(diào)整評價、監(jiān)造級別。

⑧根據(jù)設(shè)備的調(diào)試、交接試驗和投運后的表現(xiàn)，動態(tài)調(diào)整評價、監(jiān)造級別。

⑨將監(jiān)造過程尤其是異常情況錄入信息系統(tǒng)，作為設(shè)備全生命管理的重要信息。

3.2 加強GIS設(shè)備出廠試驗和現(xiàn)場交接試驗工作

3.2.1 存在問題

A站、B站GIS設(shè)備在出廠耐壓試驗和現(xiàn)場交接試驗中，出現(xiàn)多起一次閃絡(luò)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(xiàn)場交接試驗工作除嚴格遵守原技術(shù)標準外，可適當補充增加以下措施。

（1）GIS設(shè)備在耐壓試驗中發(fā)生多次絕緣閃絡(luò)或投運后運行初期發(fā)生多次絕緣閃絡(luò)，應采用長時交流耐壓試驗，考核其絕緣性能是否穩(wěn)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(shè)備出廠試驗、現(xiàn)場交接耐壓試驗中，如發(fā)生放電現(xiàn)象，均應解體或開蓋檢查、查找放電部位。對發(fā)現(xiàn)有絕緣損傷或有閃絡(luò)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(nèi)部存在的金屬微粒、雜質(zhì)、尖端毛刺、裝配松動等情況較為敏感，252kV及以上設(shè)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(guān)和接地開關(guān)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(nèi)部緊固連接，并進行內(nèi)部徹底清潔，確認無異常再進行其他出廠試驗。

（5）GIS設(shè)備裝配時應對GIS設(shè)備內(nèi)部的螺絲進行反復擰卸，并徹底清潔螺孔內(nèi)的金屬物，避免其落入罐體內(nèi)發(fā)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(shè)備的交流耐壓值應為出廠值的100%，500 kV及以上GIS設(shè)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(jié)語

提升GIS設(shè)備的質(zhì)量，首先要加強GIS設(shè)備的監(jiān)造工作，其次必須重點加強現(xiàn)場安裝過程中的驗收措施，強化質(zhì)量控制意識。只有加強GIS設(shè)備在生產(chǎn)及安裝各環(huán)節(jié)的管理才能真正保證設(shè)備的質(zhì)量和安全運行。

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