GIS故障分析和檢修技術探討

張善

摘要：GIS設備是保證變電站安全運行的關鍵部件，其自身的故障可能對電力企業造成重大的經濟損失和大面積停電。文章主要分析了GIS設備的常見故障，并對GIS設備的檢修工藝進行了探討。

關鍵詞：GIS;SF6;檢修;抽真空

0前言

由于GIS設備具有電氣性能穩定、技術先進、占地面積小、維護簡單等方面的特點，已得到了廣泛的認可和應用，但隨著運行時間的增長，GIS設備發生故障的次數也變得頻繁，如果發生故障，不僅檢修時間較長，而且相比較常規電氣設備，其檢修影響的范圍也較大，可能對電力企業造成重大的經濟損失和大面積停電。所以提高GIS設備運行的可靠性和穩定性，制定完善的檢修計劃，加強日常巡檢試驗，顯得尤為必要。本文以日本三菱電機株式會社的500kV GIS為例對GIS設備的故障和檢修技術進行探討和分析。

1近年來GIS設備發生的故障或事故的案例

近年來隨著GIS設備的廣泛應用，各種故障的發生率也隨之增高，三菱公司對近年發生的GIS設備故障進行了統計和分析，認為發生故障的設備大都是由于超期未檢修造成的。

案例一：某核電公司550kV GIS L5串開關于2003年投運，2016年初實施大修，開關氣室開蓋檢修時，發現斷路器動、靜弧觸頭磨損嚴重，已超出允許值，隨時可能在其后某次開斷電流操作中，因斷路器無法開斷額定負荷電流或短路電流而燒毀，進而影響電廠正常運行。

案例二：香港某變電站 132kV GIS，2003年斷路器在開斷負荷電流時發生閃絡，造成開關設備嚴重毀損。

案例三：迪拜某變電站 145kV GIS，1998年開始投運，由于開關彈簧操作機構內螺栓松動，引起開關不完全合閘，最終導致發生閃絡事故。

案例四：國內某變電站500kV H-GIS于2007年底投運，技術人員在檢修時發現氣室防爆膜破裂。防爆膜破裂分析結果是，由于變電站周圍環境的影響，導致了防爆膜生銹，加速了材質老化，降低了防爆膜正常破裂承受壓力。如果沒有及時發現，氣室SF6氣體壓力低報警故障未及時報警，而斷路器繼續運行，會因為氣室SF6氣體過低，絕緣破壞，嚴重情況下甚至會影響斷路器的安全性，存在斷路器受損的風險。

案例五：南美阿根廷某變電站 525kV GIS于2005年檢修時發現開關操作機構處有大量由于摩擦生成的粉末，由于及時發現并采取了清掃、動作確認等措施，避免了由于操作機構拉桿磨耗，可能導致的開關操作機構不動作等事故。

2 GIS設備常見故障分析

GIS設備常見故障有氣體泄漏、操作機構故障、電氣元器件故障、氣室內部故障等，具體分析如下：

2.1由于密封件老化引起的故障

環境對密封件的壽命影響比較大，因為隨著密封墊圈的劣化，橡膠材質的彈性降低，會造成SF6氣室密封性能下降，SF6氣體泄漏，泄漏的同時，外部的水汽會滲透到氣室，致使SF6氣體的含水量增加，絕緣性能下降，SF6氣體含水量高是造成絕緣子或其他絕緣部件閃絡的主要原因。水分也會因此滲透、侵入LCP和開關操作裝置機構箱內，導致箱內電氣元器件的絕緣性能降低、生銹，開關設備不能正常動作，導致設備正常運行中存在風險。

2.2由于電氣元器件老化引起的故障

隨著投運時間延長，由于材質老化或受損導致的密封部件的密封性能下降，繼電器內部連接點損傷以及螺絲接頭處生銹等現象的發展，必然導致繼電器性能失效，進而導致開關不能正常動作，給設備運行帶來潛在的風險。

2.3斷路器氣室內部故障

斷路器動、靜弧觸頭及噴嘴的磨損程度直接影響開關的開斷電流性能。由于該部分安裝于GIS密封充氣罐體內，無法通過罐體表面了解其狀態。需在在大修期間對斷路器噴嘴和動、靜弧觸頭進行清掃并確認磨耗狀態。若經確認，弧觸頭超過了磨損允許值，就必須相應更換觸頭，否則斷路器可能在開斷短路電流甚至額定負載時引發閃絡，造成嚴重質量事故。

2.4斷路器、隔離開關、接地開關、快速接地開關操作機構故障

在設備長期運行操作過程中，由于以上各重要開關操作機構箱密封件的老化，可能導致操作機構內部電氣元器件劣化，從而可能導致斷路器及各開關的電動操作功能失效。同時隨著電氣元器件劣化現象的發生、加劇，可能還會導致其它與聯鎖功能相關的輔助開關連接部位生銹。GIS設備也存在斷路器及開關操作機構連桿松動，導致斷路器及開關無法分合到位的情況，給設備安全穩定運行帶來隱患的現象。

所以各GIS設備制造商都對檢修周期提出了具體的要求，作為GIS設備制造商的日本三菱公司，根據對自己生產設備常年運行的了解和維護的經驗，建議110kV-550kV組合電器設備的檢修周期，都遵循6年一點檢，12年一大修的共同原則，對密封件要求每隔12年就應進行一次更換，繼電器以及油泵上的電器開關最長不超過15年應進行一次更換，12年大修期間對斷路器噴嘴和動、靜弧觸頭進行清掃并確認磨耗狀態。三菱公司認為只要按照GIS設備制造商的要求進行定期檢修和維護，設備使用壽命可以超過保證的30年的設計壽命。迄今，仍在運行的三菱GIS設備中使用壽命有長達50余年的。

3斷路器滅弧室開蓋檢修工藝探討

斷路器滅弧室開蓋檢查是整個GIS檢修工作的重點，滅弧室檢查應選擇空氣相對濕度小于80%進行作業，主要應注意以下工藝要求：

4.1回收斷路器氣室SF6氣體壓力至負壓，回收斷路器氣室兩側的氣室SF6氣體壓力至0.2MPa以下;這主要是為了減少斷路器兩側盆式絕緣子承受的壓力，防止盆式絕緣子破裂;如果兩側氣室不降半壓，斷路器兩側盆式絕緣子將承受0.5MPa壓力。

4.3打開斷路器外殼上的通風蓋板和頂蓋板，測量斷路器內氧氣濃度超過19.5%后開始檢修工作，由于斷路器屬于有限空間，進入內部工作時需做好防護措施。

4.4檢修工作結束后，需對氣室進行抽真空，抽真空是開關開蓋檢修的重要環節，目的是降低開關氣室內部的微水含量，并作為一種對SF6氣室定性檢漏的方法。在實際操作時，常由于一些誤操作，使斷路器氣室受損或返修。

《高壓開關設備六氟化硫氣體密封試驗方法》GB11023-2018和《氣體絕緣金屬封閉開關設備運行及維護規程》DL/T603-2017中對抽真空順序和技術要求作了明確規定：

（1）真空度達到133Pa開始計時，維持真空泵運行至少在30分鐘以上。

（2）停真空泵后，使泵與氣室隔離，靜止30分鐘后才能讀取真空度A。

（3）再靜觀5小時后，讀取真空度B，當B-A≤67Pa時合格，否則需檢查泄漏點。

4.5復測真空度合格后可回充SF6氣體，充至額定氣壓后氣室靜置24小時后檢測SF6氣體含水量不超過150ppm，純度不低于97%。

4結語

本文主要介紹了GIS設備常見的故障，對故障原因進行了分析，及斷路器滅弧室開蓋檢修的工藝進行了探討，給同業人員提供參考。只要加強對GIS設備的巡檢維護，定期進行檢修工作，能保證GIS設備的安全穩定運行。

參考文獻：

[1]莊曉鳳，SF6開關設備抽真空工藝的探討，設備與材料，2005年第8期