电气开关设备GIS内部绝缘故障研究

李佳雨

【摘 要】在电气开关设备运行过程中容易出现内部绝缘故障，对供电系统运行安全和运行稳定性造成威胁，需要采用有效的处理方法及时解决故障问题。本文首先对GIS设备的内部绝缘故障进行分析，包括绝缘构件缺陷、表面污染、紧固构件松动、设备内部受潮等。在此基础上，探讨GIS设备的内部绝缘故障处理方法，以期提高GIS设备故障检修效率。

【关键词】电气开关设备;内部绝缘故障;处理方法

随着城市供电压力的不断提升，系统容量和电压等级都出现明显提高，在此情况下，电气开关设备GIS经常发生内部绝缘故障，比如绝缘拉杆击穿、绝缘子闪络等。GIS设备内部绝缘故障严重时会导致机组停机，给电力企业带来巨大经济损失。因此，有必要对GIS设备的内部绝缘故障及处理方法进行研究，将事前防范与事后处理方法相结合，确保GIS设备的稳定运行。

1 GIS设备内部绝缘故障分析

1.1 绝缘构件缺陷及机械损伤

GIS设备内部绝缘结构紧凑，运行在高压环境下，绝缘击穿电压受多方面因素影响，包括电场均匀度、间隙距离、极性以及气体压力等。相关统计结果显示，GIS设备内部绝缘故障主要包括5大类。

其中，绝缘构件的自身缺陷及机械损伤是主要故障类型，在GIS设备内部绝缘故障中占36%左右。GIS设备的绝缘构件主要包括绝缘拉杆、盆式绝缘子和支柱式绝缘子，常见缺陷包括裂纹、气泡和金属杂质等。比如盆式绝缘子的机械强度不足，在运行过程中受应力作用，容易出现局部裂纹，或因碰撞和施工力度过大，受到损伤。出现裂纹后，盆式绝缘子的表面闪络电压显著降低，进而导致绝缘能力下降，容易发生绝缘子闪络问题。随着裂纹的逐渐扩大，还会出现击穿接地现象[1]。

1.2 绝缘构件表面污染问题

在GIS设备的运行过程中，内部绝缘构件不可避免的会积聚灰尘杂质，在GIS设备的生产、装配和运输过程中，也可能受到分身污染，在表面留有油垢等杂质。如果不能定期对其进行清理，会引发绝缘故障问题。在气室内，导电杂质自由运动，对SF6气体纯度产生影响，进而导致其绝缘性质降低。在交直流电压的作用下，导电造纸容易附着在绝缘子表面，导致其表面局部电场集中，容易出现沿面放电现象。随绝缘子的表面电荷量增加，其沿面闪络电压会出现明显下降，引起GIS设备内部绝缘故障。

1.3 紧固构件松动

紧固件松动属于组装质量问题，在GIS设备的生产和安装过程中，由于工艺技术不到位，为对其进行严格检查，导致屏蔽罩、壳内金具等部件安装不牢固，容易出现松动缺陷。紧固件松动会对GIS设备绝缘性能造成严重影响，导致其在运行过程中形成懸浮点位，出现强烈局部放电现象。而且屏蔽罩在振动过程中会出现变形，进而引起内部电场畸变，发生绝缘击穿事故。在这种情况下，一些小的零件容易发生脱落，比如螺栓等，进一步破坏内部电场的均匀性，最终导致接地故障[2]。

1.4 其他绝缘故障问题

其他绝缘故障问题包括导体表面受损、GIS设备内部受潮等。GIS设备在技术上对导体表面光洁度有较高要求，导体表面如果存在毛刺、划痕等缺陷，容易引发绝缘故障。GIS设备导体表面缺陷主要是由于生产、组装技术不达标、或受大幅值过电压冲击导致的。出现表面缺陷后，导体棱角曲率增加，电荷密度高，电场强度较强，遇到过电压时，容易发生尖端放电，进而导致跳机事故。此外，GIS设备内部受潮也容易发生绝缘故障，当水分超过一定标准后，在电弧作用下，过多的水分会使SF6快速分解，产生具有强腐蚀性的杂质，对绝缘部件进行腐蚀，同时也容易危害检修人员的安全。绝缘构件被腐蚀，闪络电压降低，容易出现闪络击穿现象[3]。

2 GIS设备内部绝缘故障处理方法

2.1 加强设备质量管控

从上述GIS设备内部绝缘故障分析中可以看出，许多故障问题都源于GIS设备的生产、安装环节，做好相关质量检查工作，加强产品验收，可以有效避免内部绝缘故障的发生。具体应采取以下几方面措施：（1）合理进行GIS设备选型，对重要配套产品进行谨慎选择，对产品质量严格把关，防止出现选配不当的问题;（2）加强绝缘部件质量检查，对生产安装工艺的操作过程进行严格检查，防止出现机械损伤，并做好清洁度检查;（3）做好制造装配、现场组装的风险控制工作，做好防污、防潮措施，使GIS设备内部绝缘风险得到有效控制;（4）做好出场试验、现场组装前的开盖检查工作，增加冲击电压检测项目，避免气室组装与其他工程发生交叉干扰，安排专业人员进行质量复查。

2.2 完善现场绝缘试验

GIS设备绝缘检测试验分为型式试验、出厂试验和现场试验，其中现场试验是GIS带电运行前的最后检验环节，如果设备存在绝缘故障隐患，可以在试验中发现异常。因此，做好现场试验十分重要，可以提前找出设备缺陷，并及时加以处理。此外，在进行状态评估和检修时，也要进行现场绝缘试验，必须对现场试验进行不断完善。目前GIS设备的现场剧院试验主要包括SF6气体湿度测试、交流耐压测试和设备泄漏测试等。其中，GIS设备要获得较好的绝缘性能，必须保证SF6气体的压力和质量符合要求。交流耐压试验则可以检测出GIS设备内部绝缘子的污染、工具遗留等缺陷。但值得注意的是，SF6气体湿度测试和交流耐压测试不能完全检测出GIS设备的内部缺陷，因此，还要对GIS设备进行局部放电试压和SF6气体分解试验。

2.3 局部放电试验

根据GIS设备故障统计结果显示，无论是何种原因导致的绝缘故障问题，都是从局部放电现象开始的，而且绝缘故障问题越严重，局部放电现象越明显。因此，对GIS设备进行局部放电试压，可以有效诊断出GIS设备是否存在内部绝缘挂账。目前使用的技术手段主要包括超高频电磁波、超声波等，可以准确捕捉到微笑的局部放电现象。一些先进的专用局部放电检测仪，可以捕捉到1pC的局部放电量。在此基础上，进行SF6气体分解试验，可以找出具体的故障位置，判断故障性质及严重程度。一般在GIS设备投入运行后的1个月以内，要进行一次SF6气体分解物检测，3～6个月时进行一次复测，若无异常，则应每年检测1次。

2.4 实时在线监测

在采用给上述故障诊断处理方法的基础上，还应利用在线监测诊断系统，对GIS设备的运行状态进行实时监测。在线监测系统的检测内容主要包括设备内部气体压力、局部放电量、微水量和SF6气体分解物等。用户可以根据实际需要，选用合适的在线监测产品，为其灵敏度和抗干扰能力提供保障。在实时在线监测系统的支持下，随时掌握GIS设备运行状态，避免发生严重的绝缘故障事故。

3 结束语

内部绝缘故障时GIS设备的常见故障，对其具体类型及发生原因进行分析，可以为诊断和检修提供依据。在此基础上，通过加强设备生产、安装的质量监管，消除设备自身故障隐患，并通过局部放电等检测试验，找出设备故障问题，从而提早处理，防止发生严重事故。

参考文献：

[1]国家北京电力建设研究院主编.GB50150-2006，电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].北京：中国电力出版社，2007.

[2]国家电网公司基建部主编.国家电网公司输变电工程施工工艺示范手册[M].北京：中国电力出版社，2007.

（作者单位：国网山西省电力公司检修分公司）