供電系統GIS組合器故障分析及改進

馬愛軍

（山西潞安集團公司電力中心，山西長治 046204）

0 引言

GIS組合電器在電力系統中具有眾多優勢，例如安全、穩定、可靠，且利于環保和占用空間小等[1]，大幅度提高了電力系統運行的安全性能，符合當今國家提倡的節約、集約用地政策[2]，是未來發展的方向。但是部分企業供電系統GIS組合器在生產和運行當中還存在一些問題。GIS組合電器在現場運行過程中，偶有出現泄漏氣體故障，該氣體主要為氟化物，嚴重威脅了周圍環境和動植物；GIS組合電器絕緣故障查找困難，不僅影響供電系統運行，因其結構緊湊還給修復帶來了考驗。GIS組合電器故障嚴重制約了企業供電系統生產和經濟效益，為此，本文針對部分企業GIS故障問題，提出改進措施，以期解決現在面臨的難題，提高設備使用年限。

1 GIS組合電器構成

電力中心的GIS組合電器主要由兩大部件構成，分別為外殼和元器件。GIS組合電器元器件主要包含斷路器、電流互感器、電壓互感器、避雷器、進出線以及各種開關等，如圖1所示。GIS組合電器外殼主要為金屬構成的筒狀物，在導電桿和絕緣封閉腔內注有一定量的SF6氣體，該氣體的作用的是絕緣和充當滅弧介質[3]。

某企業供電系統的GIS組合電器殼體采用的是三相共筒式，目的是減少斷路器、隔離開關和接地開關繁冗的連接、各種線體纏繞，提高其安全可靠性。

圖1 GIS組合電器構成元件三維示意圖

2 GIS組合電器故障分析

2.1 典型故障統計

（1）某企業110 kV變電站#2主變側的11025刀閘氣體室發生報警，經過立即斷電檢查，刀閘室的SF6氣體壓力值太低，原因是GIS室與外室接出線口的法蘭連接處封閉不嚴，導致氣體外泄。進一步檢查發現，膠圈老化和瓷套老化是導致氣體泄漏的根本原因。

（2）某企業110 kV變電站的GIS組合電器的1F1兩側啟動保護動作，但是開關跳閘閉合不成功。對此，斷電對其檢查，線路CT和1F1C0地刀段之間的絕緣子表面有損毀痕跡，經過分析，主要是因放電產生損傷。本質是GIS組合電器在安裝過程中，一些灰塵或者微小雜質滲透在絕緣體內，導致設備在運行中因電流而發生放電燒壞絕緣體。

該企業對這幾年GIS組合電器運行中的故障進行統計，主要故障為SF6氣體泄漏、絕緣故障等[4]，造成的原因是制造、選材或者設計、安裝誤差和失誤，為此，針對這些故障，本文提出改進措施，以提高GIS組合電器的壽命。

2.2 組合電器絕緣缺陷

GIS組合電器絕緣故障分為4大類，即氣隙缺陷、金屬污染、導電微粒雜質、高壓導體突出。氣隙缺陷主要是在制造時產生的，裝配誤差引起導體產生氣隙或者環氧樹脂熱漲內縮產生內部空隙，氣隙帶來的危害主要為組合電器元器件表面放電。金屬污染是在安裝生產中GIS組合電器內部存在的一些金屬微粒造成，這些金屬微粒在電場作用下產生運動，給設備帶來危害。導電微粒雜質是細小顆粒在GIS組合電器中的金屬管內獲得電荷，從而在電場中形成微電流，對組合電器形成的電流、電場影響，電流、電場超過一定程度，嚴重影響組合電器工作。高壓導體突出是生產GIS組合電器時受工藝影響產生，例如焊接疤痕、毛刺等未被清理，在氣體室內形成突出的高壓導體，嚴重影響組合電器的絕緣性。

2.3 組合電器SF6泄漏故障

GIS組合電器泄漏SF6氣體，氣體室的氣體密度降低，引起組合電器內部絕緣性能降低，而且會給與組合電器相關聯的電氣設備造成安全隱患[5]。GIS組合電器分支泄漏氣體主要是盆式絕緣子與法蘭連接出現問題，連接處出現松動，密封性質量差；母線漏氣原因是伸縮節質量較差，緊固螺栓力矩不夠，未嚴密封實，另外就是組合電器隨著時間推移，長期運行造成密封圈受磨損而出現松動。SF6氣體泄漏不僅影響設備安全運行，而且會危及工作人員生命安全，成為GIS組合電器運行中的重大安全隱患。

3 GIS組合電器改進方案

3.1 絕緣故障

GIS組合電器出現絕緣故障主要是因為設計的沿面爬電距離較短和盆式絕緣子兩端電極不合理，為了改善此種情況，在設計時充分考慮沿面爬電距離，適當增大GIS組合電器絕緣子爬電距離，增強絕緣子抗干擾力；改變盆式絕緣子兩端圓角，將其設計成為曲率變化緩慢的橢圓形。

在安裝和生產過程中，嚴控GIS組合電器清潔度。清理生產和安裝周圍環境，裝配工人必須穿戴專用工作服，盡量縮短裸露空氣時間，在安裝中確保母線（改進后的母線安裝結構如圖2所示）和氣體腔內表面光潔度，所用磁場場強均勻。GIS組合電器的元器件必須為合格產品，后續監管力度加大，及時排除一切隱患。

圖2 GIS組合電器改進后的母線結構

3.2 氣體泄漏故障改進

為減少GIS組合電器故障，提高整個電力中心安全性，保障人員安全，對GIS組合電器出現的SF6氣體泄漏，采取5個方面的措施。（1）嚴格把關生產工藝，對產品供應方提出更高質量要求，必須保障組合電器在生產過程中設備質量和密封效果。（2）現場運行加大現場巡查監測，采用SF6氣體檢測儀安裝在組合電器周圍，時時監控是否有SF6氣體泄露，進而采取防控措施。（3）定期排查核實密封圈、盆式絕緣子與法蘭連接處等密封效果，并及時補充防水膠，防止因密封不嚴出現氣體泄漏故障。（4）跟蹤監視組合電器母線伸縮節變化情況，若伸縮節變化量過大，這時需要引起重視，立即對該母線伸縮節進行處理。（5）組合電器無論是在安裝或者運行，必須嚴格按照使用標準執行，確保組合電器在最佳狀態下運行。

4 運行中的故障處理

2018年9月27日，該企業對供電系統開關氣室進行氣體檢測，發現有SF6氣體存在，說明運行中的GIS組合電器存在泄漏氣體故障，若不及時解決，將會對工作人員造成嚴重威脅。

立即停止GIS組合電器運行，對其解體檢查。從檢查結果來看，組合電器的端蓋出現雙電電弧熏黑痕跡，絕緣子也被不同程度熏黑，圖3所示為GIS組合電器運行故障后檢查結果。引起端蓋和絕緣子被熏黑的是存在電弧微塵等雜質放電作用造成的，受電弧影響，絕緣子與法蘭連接處的密封性受到了沖擊，造成氣體泄漏。不過，因為發現較早，雜質分散狀態和存有量較少，沒有引起大面積電弧，只是GIS組合電器局部被電弧，否則將會造成嚴重后果。

圖3 外部檢查GIS組合電器

針對該故障，為了嚴防氣體泄漏，在端蓋上和絕緣子之間增加彈簧，密封圈涂上一層防水膠，并對其進行放電測試，在確保無氣體泄漏后才能進行生產運行。為防止絕緣子出現故障，對其進行套管處理，出線套管實物如圖4所示。通過對GIS組合電器故障處理后，設備運行穩定，安全性得到了有效保障，提高了供電系統生產效益和經濟效益。

圖4 GIS組合電器出線套管

5 結束語

本文針對企業供電系統GIS組合電器絕緣故障和氣體泄漏問題，對故障產生原因進行分析，提出了故障改進方案，主要得出以下結論：

（1）GIS組合電器裝配誤差、存在金屬微粒、導電微塵、高壓突體是產生絕緣故障原因，盆式絕緣子與法蘭連接松動、密封性差、伸縮節變化、密封圈受損產生SF6氣體泄漏；

（2）針對GIS組合電器絕緣子缺陷和氣體泄漏問題，從設計、生產和后續運行監管3個環節提出了改進方案；

（3）處理現場運行中的GIS組合電器故障，說明提出的改進方案有效、可行，解決了企業面臨的難題。