綜述電氣開關設備GIS內部絕緣故障的分析及對策

張濤鋒

摘要：GIS（GAS INSULATED SWITCHGEAR）英文縮寫，中文全名氣體絕緣全封閉組合電氣。GIS由多部分組成，包括（斷路器、隔離開關、接地開關、互感器、避雷器、母線、連接件、出線終端等）。GIS設備從上世紀60年代被實用化，然后被廣泛運用。它不僅在高壓、超高壓領域廣泛應用，而且在特高壓領域也被使用。GIS有許多優點，它安全性很高、配置靈活、可靠性強、所需要面積小、結構緊湊、安裝方便、適應性強、運行維護簡單、主要部件維護需要時間跨度長，可以做到少維護、甚至是免維護。

關鍵詞：電氣開關設備;GIS內部絕緣故障;分析及對策

一、電氣設備GIS內部絕緣特征

GIS電氣設備在我們的生活中越來越重要，它在電氣設備中已經占據了主要的地位，隨著GIS電氣設備的種類越來越多，越來越復雜，其中電氣設備出現的問題也越來越多。但是，有一類問題是最長出現，也是最典型的一個問題，那就是GIS內部絕緣的問題，這個問題促使供電系統不能穩定運行，還會出現安全問題，所以，面對這類問題，解決是刻不容緩的^[1]。

二、電氣設備GIS內部絕緣故障特征

解決內部絕緣問題要從多個方面入手，要想到各種可能性，如此才能夠切實提高GIS內部絕緣故障檢修效率。解決內部絕緣問題是對使用者的安全負責，所以這方面的研究是很有價值的一件事。電氣開關設備GIS出現問題有以下幾個方面的情況。GIS內外電場結構相同，內部電壓高，經常造成擊穿絕緣結構、還有內部受潮、制造時受到損傷、導體的表面出現了劃痕或毛刺、絕緣零件表面的粉塵積累。其中制造過程中受到損傷的可能性最大，可能性為百分之三十左右。

（一）表面受到劃痕或者毛刺影響

GIS內部絕緣設備對導體的平整程度和潔凈程度要求很高，在導體的表面不能出現劃痕或者毛刺等高低不平。與理想相反的是實際導體表面并不光滑，這種情況較多是因為安裝不仔細造成的，這種情況可以避免。還有就是絕緣設備受到大電壓沖擊后可能出現導體表面不平整。毛刺和劃痕導致的不平整，會使導體表面電荷密度變高。以上兩種情況都可以導致導體表面出現毛刺和劃痕，但是前者容易避免，后者是內部不可變，提高安全性，需要從安裝方面入手，更仔細會更安全。還有就是SF6的絕緣性能比較強，電壓正常就不會出現尖端不穩的情況，但是當遭遇高電壓的時候，如雷擊等因素，周圍SF6會發生電離這種現象，從而引發尖端放電，使得跳機現象出現^[2]。（二）絕緣零件表面累積的粉塵或雜質

粉塵雜質的出現是不可避免的，GIS設備絕緣零件表面在各個環節（運輸、組裝、使用）都可能受到粉塵或者雜質的污染，這類污染物堆積，在表面留下油和污垢等雜質，或者導電物質的殘留隱藏，都會對安全留下隱患，絕緣表面等地方需要仔細清潔，這樣才能避免隱患，對設備安全運行負責。還有就是在試驗中產生可以導電的其他雜質。這些有害雜質會附著在絕緣體表面，絕緣體表面電荷增加，會出現局部的電場集中的現象，絕緣體的表面閃絡電壓顯著降低，導致GIS內部絕緣失效。還會出現放電的現象，這類影響也很嚴重，對絕緣體產生威脅，引發事故，造成生命危險，所以這類問題也是不容忽視的。（三）絕緣零件機械損傷或制造缺陷

GIS中的絕緣部件主要由三部分組成：1絕緣拉桿2支柱式絕緣子3盆式絕緣子。缺陷也主要有三類：裂紋、氣泡、金屬雜質。上文說過這類問題出現的概率是最大的，這類問題中外部損傷最主要是零件缺陷或者機械自身的損傷。零件制造時的誤差，不小心的磕碰，對接時的不準確，或者外部因素如熱脹冷縮，溫度變化都會造成最常見的一種后果—裂紋，。裂縫的出現會造成電壓降低，絕緣體絕緣效果下降，當裂紋越來越大，還有可能發生擊穿甚至接地的情況發生。GIS內部結構緊湊，高壓情況下長期運行，很可能發生裂痕，所以這種情況不可避免。而氣泡缺陷是由于制造工藝或者模具不合格操作不規范以及材料不穩定因素造成的，這種缺陷也是很常見的。金屬雜質也是由于制造過程中的操作不規范引起的，制造過程中被混入了其他金屬雜質^[3]。

（四）零件出現了松動或者脫落的影響

在GIS中還有一個常見的問題，這個問題就是內部絕緣零部件松動或者脫落，部件松動對設備的絕緣性也有很大的危害，比如在運行過程中產生了雜音;在動力作用下，護罩發生變形，從而導致GIS內電場變形，產生擊穿;螺栓脫落會破壞電場的均勻性;產生懸浮電位，使局部放電。在生產裝配和產品檢驗的過程中，如果工廠沒有嚴格的生產流水把控，就不會對零件各個方面的性能有具體了解，從而造成了GIS各個部位緊固要求達到標準狀態。出廠后，絕緣設備運行過程產生抖動，會出現松動或者脫落。這種情況嚴格來說，制造把控好生產流水線，這種松動或者脫落是完全可以避免的，所以要加強管控。還有一個問題就是GIS內部受潮，設備中的水分來源較多，當內部侵入水分過多后，部件的絕緣性能會降低嚴重，水分多時會大大降低絕緣閃絡電壓，嚴重時造成閃絡擊穿^[4]。

二、電氣設備GIS內部絕緣故障改進策略

從上述GIS內部絕緣故障中我們不難看出，質量管控在這些故障中所占到的比例很大，所以加強質量管控措施是解決GIS內部故障的重要手段之一。在GIS設備的生產、制造、運輸、安裝的過程中，產品質量的監管把控不到位。加強管控檢驗工作，才能最大程度上的避免隱患和事故，降低故障發生率。對質量把關，降低設備運行帶來的影響;對組裝，清理檢驗，降低出廠事故風險;對出廠環境嚴防，降低外來因素干擾。從而達到高水平、高質量、高效率、好效益。故障的出現不能只是怪罪于生產廠家的監管控制，這也與買家自身有關系。作為一個買家，首先應該關注的就是產品的口碑以及質量，對需要購買的產品需要做到嚴格排查，對設備操作說明熟練掌控，對于后期的維護保養做到細致認真。

為了安全可靠性，設備在使用前需要試驗，只有在試驗安全的情況下，用戶才可以使用，還需要對其進行技術培訓。試驗時，需要專業調試人員監督，加強與技術人員的交流溝通，不斷學習。正常情況下，SF6氣體分解的試驗需要設備投入運行后的一個月內來進行，之后的3到6個月需要重新試驗。沒有異常的話，一年就完成一次就可以。在試驗的產品GIS設備處于各種環境下無故障，可以使用。在使用過程中，還可以增加在線監測診斷設備，這種設備主要監測對象為SF氣體分解物、微水量、設備內部氣體壓力、局部放電量。這種設備需要具有抗干擾能力，從而降低監測誤差的不利情況出現。局部放電試驗是基于各種GIS設備故障的絕緣問題都是從局部放電開始，由局部放電的明顯性可以看出絕緣故障的嚴重性。所以局部放電試驗很有必要。

工業領域在全球內的不斷發展，電氣開關設備GIS也被要求的越來越高，比如在可靠性、穩定性、安全性、效率等方面的要求不斷加強。GIS的內部絕緣故障作為最經典的問題之一，內部絕緣問題還是決定了設備的安全以及可靠，加強質量檢測，才能最大程度保證GIS內部絕緣性能，給電氣設備以及生命安全提供有利保障。

結束語：快速的分析GIS內部絕緣故障的種類以及原因，可以為解決問題快速找到方法和依據，節省了大量時間。加強監控，通過局部放電試驗等各種試驗，消除各種隱患，防范未然，為生命安全做出有利保障。

參考文獻：

[1]張振宇.電氣開關設備GIS內部絕緣故障的分析及對策[J].中國新通信，2020，22（02）：238.

[2]黃建雪.電氣開關設備GIS內部絕緣故障研究[J].裝備維修技術，2019（03）：101.

[3]蔡智超.電氣開關設備GIS內部絕緣故障的分析及處理研究[J].科技視界，2017（33）：120-121.

[4]張立功，豆占良，張俊珍.電氣開關設備GIS內部絕緣故障的分析及對策[J].山西電力，2017（05）：28-32.