淺談SF6封閉式組合電器交流耐壓及局放試驗的重要性

蔡鷺蓉

國網廈門供電公司 福建廈門 361009

SF6封閉式組合電器，國際上稱為氣體絕緣開關設備（Gas Insulated Switchgear）簡稱GIS。 它將一座變電站中除變壓器以外的一次設備，包括斷路器、隔離開關、接地開關、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、電纜終端、進出線套管等，經優化設計有機地組合成一個整體。

1 概述

GIS由于帶電部分全部密封于惰性SF6氣體中，不與外部接觸，不受外部環境的影響，大大提高了可靠性。此外由于所有元件組合成為一個整體，具有優良的抗地震性能。因帶電部分密封于接地的金屬殼體內，因而沒有觸電危險。SF6氣體為不燃燒氣體，所以無火災危險。又因帶電部分以金屬殼體封閉，對電磁和靜電實現屏蔽，噪音小，抗無線電干擾能力強。適用于環境條件惡劣（如嚴重污穢、冰雹、多風雪、多水露、高海拔、多地震等）地區。由于實現小型化，可在工廠內進行整機裝配和試驗合格后，以單元或間隔的形式運達現場，因此可縮短現場安裝工期，又能提高可靠性。因其結構布局合理，滅弧系統先進，大大提高了產品的使用壽命，因此檢修周期長，維修工作量小，而且由于小型化，離地面低，因此日常維護方便[1]。GIS現場安裝完畢后，按《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》 GB 50150-2016及《10kV-500kV輸變電設備交接試驗規程》Q / GDW 11447—2016的要求，進行其各項常規交接試驗項目合格后，根據國家電網生[2011]1223號《關于加強氣體絕緣金屬封閉開關設備全過程管理重點措施》進行現場交流耐壓試驗，交流耐壓試驗目的是為了檢查GIS總體安裝后的絕緣性能是否完好，驗證是否存在各種隱患(如內部如遺留雜物、安裝工藝不良、運輸過程中引起內部零件移位等原因，可能會改變原設計的電場分布而造成薄弱環節和隱患)，所導致內部故障或可能會在運行中造成重大事故。為保證該設備安全投入運行，故進行交流耐壓試驗。根據2012年國家電網重大反事故措施（修訂版）規定對新裝GIS、罐式斷路器進行現場耐壓， 耐壓過程中應進行局部放電檢測。局部放電試驗目的是發現設備結構和制造工藝的缺陷。如：絕緣內部局部電場強度過高；金屬部件有尖角；絕緣混入雜質或局部帶有缺陷產品內部金屬接地部件之間、導電體之間電氣連接不良等，以便消除這些缺陷，防止局部放電對絕緣造成破壞。

2 現場進行GIS交流耐壓試驗過程中發生擊穿閃絡的原因分析及處理

【案例1】

廈門某新建110kV開關站現場進行第一次20個間隔型號為ELK-04C、額定電壓為145kV、額定電流為3150A、開斷電流為40kA的110kVGIS交流耐壓，首先進行C相整體對地的交流耐壓試驗，試驗電壓先升到1.0倍設備額定相對地電壓84kV，停留5分鐘；再升到1.73倍設備額定相對地電壓145kV，停留3分鐘；最后升到現場交流耐壓額定試驗電壓275kV，耐壓20S左右開始放電，后經過斷開負載的方法確定如下放電點：第一個放電點位于E03間隔Q9模塊及出線側區域；第二個放電點位于E03與E04間隔對接管道。接著對B相耐壓，升壓至130kV發生放電，后通過反復升壓、放電、隔離可疑設備。確定如下放電點：第三個放電點位于E03間隔Q9模塊及出線側區域；第四個放電點位于E21母線隔離開關Q1的靜觸頭側與E22間隔的對接面；第五個放電點位于E12母線隔離開關Q2與E14間隔的對接的管道。后經討論，嘗試對A相設備僅施加230kV電壓，無放電發生[2]。

現場對放電點的間隔進行解體處理，根據試驗及推測的可疑模塊，打開Q9@E03 隔離開關模塊打開后，清晰可見閃絡點位于Q9 的靜觸頭側的絕緣子表面；C 相的另一個放電點，在E03 和E04 現場對接的管道氣室絕緣子的表面。B 相的放電點分別位于Q9@E03以及Q1@E21與E22的對接絕緣子的表面，另一個點分別位于Q2@E12 與E14 間隔對接的管道內絕緣子表面，見圖1所示。

完成對第一次發現的故障點的處理后，按照IEC以及國網文件的要求進行235kV 耐壓試驗。因已裝PT、電纜、避雷器而受影響的模塊退出試驗。

A相235kV施加到30s放電，初步判斷在E13 間隔。斷開II、IV 母分段E13間隔兩側隔離開關，兩側分別耐壓合格。B相電壓加到86kV跳閘，初步判斷E03、E15、E16；斷開E03 母線側隔離開關Q1、Q2，160kV閃絡，斷開E16 母線側隔離開關Q1、Q2，無閃絡。所有分段母聯合閘。C相對地試驗通過。將試驗套管的A、B、C 三相短接，進行斷路器斷口耐壓試驗，放電點疑是來自E12的A相母線側CT氣室、母線PT設備隔離開關Q61@E07。

第二次耐壓試驗后現場解體處理，根據試驗及推測的可疑模塊，打開E13 間隔進行內窺鏡進行檢查，未發現絕緣子表面有任何放電痕跡，疑是發生導體對殼體的自恢復放電。對于電子眼發現的E16間隔母線側B相CT氣室，通過內窺鏡觀察，發現是水平的絕緣子表面閃絡，見圖2所示。電子眼發現E12 間隔的A 相母線側CT 氣室閃絡。打開后可見絕緣件表面閃絡。

圖2 E16 間隔母線側CT B 相絕緣子表面閃絡

針對第二次耐壓出現的閃絡點進行處理過的氣室，分別進行235kV的耐壓試驗；并對所有具備條件參加試驗的模塊進行了145kV 的耐壓檢查。除少數已安裝高壓電纜的間隔受影響的模塊外，其余模塊進行了72kV（試品負載太大，僅能升壓到72kV）下的超聲波局放測試。以上的耐壓均合格，未見局放信號。

以上案例在耐壓的過程中出現閃絡點，而且十分怪異的出現多個閃絡點，其中三個現場對接面閃絡點，兩個閃絡點在現場對接面的對側，三個非現場對接面閃絡點。主要有以下方面的原因是現場對接時有粉塵或小異物進入，附著在殼體表面的異物墜落或絕緣件低場強區的異物重新活躍。

針對以上110kV GIS現場交流耐壓試驗出現擊穿閃絡，在投入運行以后進行局部放電試驗及SF6氣體微水檢測長期跟蹤。

【案例2】

廈門某新建變電站110kV變電站現場進行型號為CFTA 、額定電壓為145kV 、額定電流為3150A、開斷電流為40kA的110kV GIS整體對地交流耐壓時，試驗電壓先升到1.0倍設備額定相對地電壓84kV，停留5分鐘；再升到1.73倍設備額定相對地電壓145kV，停留3分鐘；最后升到現場交流耐壓額定試驗電壓275kV，耐壓30S左右放電擊穿閃絡。現場對110kV圍宅線111 GIS擊穿閃絡間隔進行解體檢查，發現110kV圍宅線111 GIS斷路器間隔的盆式絕緣子擊穿閃絡，外殼擊穿閃絡穿洞。整個GIS斷路器間隔返廠，更換新的GIS斷路器間隔，現場交流耐壓及局放試驗合格。

3 結語

1l0kV及以上的GIS在進行現場交流耐壓試驗時，應進行GIS的每一部件均已按選定的試驗程序耐受規定的試驗電壓下持續1min不發生閃絡或擊穿，試驗前后絕緣電阻無明顯變化，則認為整個GIS的交流耐壓試驗已通過。在試驗過程中，如果發生擊穿放電，可采取下列步驟：①進行重復試驗，如果該設備還能經受規定的試驗電壓時，則認為放電是自恢復放電，耐壓試驗通過；②如果重復耐壓失敗，須將設備解體（或返廠），打開放電間隔，仔細檢查絕緣損壞情況，采取必要的修復措施，再進行規定的耐壓試驗。③重點檢查，發現異常情況及時進行處理。110kV及以上GIS進行現場交流耐壓及局放電放試驗是發現GIS內部絕緣性能是否完好的有效手段。