組合電器現場常見異常問題分析處理方法及方案

柳如見 柳緒祥 鄧東印

（1.山東泰開高壓開關有限公司 2.濟寧市建寧電器設備有限公司）

0 引言

組合電器（GIS）由于其結構緊湊、性能優良、運行維護工作量小、檢修周期長等優點，在國家電網建設中應用廣泛。

電氣設備健康水平是確保電網安全、穩定運行的物質基礎；GIS安裝運行后，現場小的異常也將影響設備的安全運行，現場異常問題的及時正確處理，顯得尤為重要。本文就組合電器設備現場常見的異常問題進行分析并提出了相應的處理方法。

1 GIS設備現場運行常見異常問題

GIS設備現場運行常見異常問題包括機械故障（機構失效）、氣體泄漏故障、內部絕緣故障（擊穿、閃絡、異響等）、其他故障（安裝不當、環境因素）等。

2 GIS設備現場運行常見異常問題的分析處理

2.1 機械故障

雖故障率最高，但檢修恢復較為簡單，不做詳述。機械故障的處理措施：①檢查電壓，檢查電機，接線，輔助開關、接觸器等部件是否完好；②檢查機構本體部分，看有無卡阻，零部件損壞現象；③檢查SF6壓力，是否欠壓，需補氣至額定壓力。

2.2 氣體泄漏故障的分析處理

SF6氣體作為組合電器的絕緣和滅弧介質，充氣壓力一般為0.4～0.6Mpa，是為保證其絕緣性能，因而一旦發生SF6氣體泄漏，當其低于某一值將使設備無法繼續使用，有的甚至造成更大的電氣事故。因此，防治SF6氣體泄漏對產品使用性能的穩定性具有重大意義。

1）氣體泄漏的判定：當GIS氣室壓力存在持續下降的趨勢或突然地較快下降時，一般判斷為氣室漏氣?？墒褂冒l泡液或檢漏儀查找漏氣點。還可以通過包扎封裝的方式進行漏氣率的計算。

2）氣體泄漏故障出現的原因主要有：①GIS附屬設備的漏氣（密控器、閥門等）；②GIS殼體缺陷漏氣（焊縫、砂眼等）；③密封面處的漏氣（密封面損傷、密封圈損傷）。

3）氣體泄漏故障的處理措施：①更換漏氣的密控器、閥門、密封圈等；②殼體漏氣，可通過補焊或更換的方式處理，制造廠需提高殼體質量，安裝時也要防止對殼體磕碰；③密封面處漏氣，檢查對接面有無劃傷，更換損壞的密封圈等；④暫時性處理：如漏氣不太明顯，又不具備檢修條件時，可臨時補氣處理。

當設備緩慢漏氣時，就要計算漏氣率，看是否滿足年漏氣率0.3%的要求。

將所測部位進行包扎封裝（見圖1包扎檢漏示意圖），取幾個檢測點，用檢漏設備測量初始的ppm值，靜止時間（t=24h），再對幾點測量ppm值，然后計算充氣體積V，產品體積V1，包扎體積Vm，取大氣壓力P（一般0.097Mpa），充氣壓力Pr（以0.6Mpa為例），包扎檢測點統計數據見表1。

表1 包扎檢測點數據統計表

計算：

式中，F為絕對漏氣率；C取前后差值，局部包扎取各部位之和，本例以整機包扎為例。

漏氣率為：

圖1 包扎撿漏示意圖

2.3 內部絕緣故障的分析處理

SF6組合電器的內部絕緣故障對電力系統產生的不良后果最為嚴重，帶來的檢修工作量也是最大的，因此最大限度地降低內部絕緣故障的發生及發生后的及時處理對設備電網安全運行有著重要意義。

（1）內部絕緣故障的判定

絕大部分內絕緣故障都會產生局部放電，局放會使SF6氣體分解質變（附分解產物正常濃度控制值、經驗值），從而影響電場分布，腐蝕絕緣件，造成絕緣擊穿；局部放電是內部絕緣故障的先兆和表現形式。定期對設備進行局放測試和SF6分解產物分析可及早發現設備隱患，對設備的安全運行很有必要，表2為不同氣室分解物濃度合格范圍。

表2 分解物濃度統計表

（2）內部絕緣故障出現的原因

主要有：①絕緣件故障（絕緣件本身質量差、異常受力、表面污穢等）；②GIS殼體、導體等缺陷（加工質量差、安裝時未清理干凈、鍍銀質量差）；③裝配不良（導體與梅花觸頭插入量不足、導體未對中安裝犯別勁、分合閘不到位、安裝時損傷部件、連接螺栓松動等）；④外力對絕緣件造成影響（地震、雷擊）。

（3）案例分析：甲站金乙線絕緣子表面灼傷

1）當時測得GL隔離開關氣室SO2濃度為120 ppm，H2S為25ppm，CO為60ppm，嚴重超標?？蓴喽▋炔慨a生放電。拆解發現：GL與FES間的絕緣子凸面出現高溫電弧灼傷；并且殼體內有大量粉塵（故障絕緣子位置和表面灼傷程度分別見圖2和圖3）。

圖2 故障絕緣子位置

圖3 故障絕緣子表面灼傷圖

2）本絕緣子查閱出廠試驗合格。

3）拆解件廠內進行相關試驗：X光探傷、耐壓、局放、DSC均合格，耐壓檢測結果和局方檢測結果分別見圖4和圖5所示。

圖4 絕緣子工頻耐壓耐壓無異常（460kV，5min）

圖5 175kV局部放電量為2.03pC

4）電場分析：絕緣子所在位置的電場分布比較均勻，且凸面電場明顯好于凹面，且電場最高點出現于凹面一側，具體場強分布見圖6所示。

圖6 絕緣子電場場強分布圖

綜上試驗情況，結合絕緣子凹凸面電場分析及故障氣室零部件的燒損情況（絕緣子表面灼傷面均勻，無明顯放電通道），可判定非絕緣子本身質量問題，而是由于后續工作中此氣室受到污染（污染原因為：現場多次更換吸附劑、抽真空、充氣；現場安裝環境差、充氣不規范等），影響到絕緣性能，最終形成放電故障。放電后電弧游離，致使絕緣子表面灼傷。

（4）內部絕緣故障的處理措施

1）絕緣件故障，就要從廠內抓起，更加嚴格控制澆注工藝，提高絕緣件質量，再就是安裝過程一定注意對絕緣件的清理及防護。因為現場出現絕緣件故障，就要通過解體間隔，對故障絕緣件進行更換，工作量極大。

2）GIS殼體、導體缺陷，首先也要從廠內抓起，嚴格執行工藝要求；其次安裝過程，杜絕違反規程，認真清理部件?，F場出現此類問題，要找到原因，對殼體或導體進行清理，問題嚴重的要進行更換。

3）裝配不當缺陷，安裝過程嚴禁野蠻施工；使用對接工裝限位；出現問題首先要拆解查找原因，檢查固定螺栓是否松動，及測量插入量，可采取重新安裝的方式處理，如重新安裝后，未消除故障，那就要更換相關部件來處理?？傊?，裝配不當造成的內絕緣缺陷，與施工人員裝配過程中的操作有很大關系，提高安裝人員的質量意識和工作水平，可大大減少現場裝配不當造成的內絕緣問題。

4）外部環境對絕緣件造成的影響一般是不可修復的，只能通過現場更換的方案處理。雷擊過程電壓極高，避雷器的保護范圍有限，絕緣件有時被絕緣擊穿。

綜上所述，SF6組合電器的內部絕緣故障對電力系統產生的不良后果是最為嚴重的，我們需要最大限度地減少造成這種故障的因素，精細化設計工藝及安裝工藝，優化產品結構。故障發生后，需要我們及時地與用戶溝通，編制合理的檢修方案，盡可能地以減少對用戶的損失為原則，及時有效地處理故障。

2.4 其他故障（設計安裝不當、環境因素等）的分析處理

SF6組合電器的其他故障（安裝不當、環境因素）雖然出現的概率較小，但一旦發生也會帶來巨大的檢修工作量，因此這類問題同樣不可忽視。

環境因素對設備造成的影響主要由自然災害造成，比如地震、雷擊、火災、洪水等，或者長期經受風吹日曬導致的設備部分件損壞等。不受人為控制，此處不做詳述。

設計、安裝不當方面，此類問題主要是，未就安裝設備的環境進行充分考慮，設計過程缺少相關計算，現場設備長期運行受環境變化的影響造成的設備故障。下面就以組合電器乙站為例進行簡要說明。

（1）理論計算分析

查閱相關資料，下列材料的平均線脹系數（×10-6mm/（mm℃））：鋁材為22～23.8，碳鋼為11.3～13，水泥、混凝土為10～13。

如圖7所示，某工程220kV GIS平面布置圖，兩線之間母線長度為13m，設定當時環境溫度為+15℃左右，按照環境溫度夏季最高氣溫為+40℃（與安裝時溫差為25℃），冬季最低氣溫為-35℃（與安裝時溫差為50℃）。

在高溫時，每米母線筒的最大伸長量為：

23.8×10-6×25℃×1000mm=0.595mm

水泥混凝土（或基礎預埋碳鋼件）的最大伸長量為

13×10-6×25×1000=0.325mm

在低溫時，每米母線筒的最大收縮量為：

23.8×10-6×50×1000=1.19mm

水泥混凝土（或基礎預埋碳鋼件）的最大收縮量為：

13×10-6×50×1000=0.65mm

通過計算得出，13m主母線的伸長量為（0.595 - 0.325）×13=3.51mm，壓縮量為（1.19 - 0.65）×13=7.02mm，則13m的母線最大變形量為3.51+7.02=10.53mm（-35～40℃）。

圖7 某工程220kV GIS平面布置圖

（2）波紋管的設置說明

一般地，組合電器，主母線筒每隔約15～20m設置波紋管，波紋管可以起到調整作用。本站原安裝波紋管及安裝工藝如圖8所示。

圖8 波紋管調整說明示意圖

從波紋管調整方案及上述計算可以看出，當殼體受高溫膨脹時，波紋管收縮，殼體最大伸長量3.51mm遠小于波紋管預留間隙10mm，此時波紋管可以完全吸收殼體受溫度升高帶來的殼體長度變化；當殼體在溫度降低最大收縮量為7.02mm，波紋管應有≥7.02mm伸長量才能完全吸收殼體長度變化，而實際波紋管外側螺母被緊死，不能吸收殼體變化。現場勘查后制定了處理方案措施：所配波紋管的一側法蘭外側增加碟簧（見圖9），使波紋管在膨脹與壓縮時均起到有效作用。

圖9 波紋管碟簧安裝示意圖

由于環境溫度的變化使土建基礎及母線殼體發生熱脹冷縮，只有殼體變化量通過波紋管的調節作用完全予以消除，才能保證設備的安全運行。所以在設計過程中應充分考慮現場實際，這對設備的正常運行很有意義。

3 結束語

GIS組合電器是保證電力傳輸的重要電氣設備，設備的健康水平是確保電網安全、穩定運行的物質基礎。如何使GIS設備安全運行是需要高度重視的問題，不但在生產時要嚴格把關，而且設備現場異常故障的及時正確處理，也是對GIS廠家的必然要求。