供电系统GIS组合器故障分析及改进

马爱军

（山西潞安集团公司电力中心，山西长治 046204）

0 引言

GIS组合电器在电力系统中具有众多优势，例如安全、稳定、可靠，且利于环保和占用空间小等[1]，大幅度提高了电力系统运行的安全性能，符合当今国家提倡的节约、集约用地政策[2]，是未来发展的方向。但是部分企业供电系统GIS组合器在生产和运行当中还存在一些问题。GIS组合电器在现场运行过程中，偶有出现泄漏气体故障，该气体主要为氟化物，严重威胁了周围环境和动植物；GIS组合电器绝缘故障查找困难，不仅影响供电系统运行，因其结构紧凑还给修复带来了考验。GIS组合电器故障严重制约了企业供电系统生产和经济效益，为此，本文针对部分企业GIS故障问题，提出改进措施，以期解决现在面临的难题，提高设备使用年限。

1 GIS组合电器构成

电力中心的GIS组合电器主要由两大部件构成，分别为外壳和元器件。GIS组合电器元器件主要包含断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、进出线以及各种开关等，如图1所示。GIS组合电器外壳主要为金属构成的筒状物，在导电杆和绝缘封闭腔内注有一定量的SF6气体，该气体的作用的是绝缘和充当灭弧介质[3]。

某企业供电系统的GIS组合电器壳体采用的是三相共筒式，目的是减少断路器、隔离开关和接地开关繁冗的连接、各种线体缠绕，提高其安全可靠性。

图1 GIS组合电器构成元件三维示意图

2 GIS组合电器故障分析

2.1 典型故障统计

（1）某企业110 kV变电站#2主变侧的11025刀闸气体室发生报警，经过立即断电检查，刀闸室的SF6气体压力值太低，原因是GIS室与外室接出线口的法兰连接处封闭不严，导致气体外泄。进一步检查发现，胶圈老化和瓷套老化是导致气体泄漏的根本原因。

（2）某企业110 kV变电站的GIS组合电器的1F1两侧启动保护动作，但是开关跳闸闭合不成功。对此，断电对其检查，线路CT和1F1C0地刀段之间的绝缘子表面有损毁痕迹，经过分析，主要是因放电产生损伤。本质是GIS组合电器在安装过程中，一些灰尘或者微小杂质渗透在绝缘体内，导致设备在运行中因电流而发生放电烧坏绝缘体。

该企业对这几年GIS组合电器运行中的故障进行统计，主要故障为SF6气体泄漏、绝缘故障等[4]，造成的原因是制造、选材或者设计、安装误差和失误，为此，针对这些故障，本文提出改进措施，以提高GIS组合电器的寿命。

2.2 组合电器绝缘缺陷

GIS组合电器绝缘故障分为4大类，即气隙缺陷、金属污染、导电微粒杂质、高压导体突出。气隙缺陷主要是在制造时产生的，装配误差引起导体产生气隙或者环氧树脂热涨内缩产生内部空隙，气隙带来的危害主要为组合电器元器件表面放电。金属污染是在安装生产中GIS组合电器内部存在的一些金属微粒造成，这些金属微粒在电场作用下产生运动，给设备带来危害。导电微粒杂质是细小颗粒在GIS组合电器中的金属管内获得电荷，从而在电场中形成微电流，对组合电器形成的电流、电场影响，电流、电场超过一定程度，严重影响组合电器工作。高压导体突出是生产GIS组合电器时受工艺影响产生，例如焊接疤痕、毛刺等未被清理，在气体室内形成突出的高压导体，严重影响组合电器的绝缘性。

2.3 组合电器SF6泄漏故障

GIS组合电器泄漏SF6气体，气体室的气体密度降低，引起组合电器内部绝缘性能降低，而且会给与组合电器相关联的电气设备造成安全隐患[5]。GIS组合电器分支泄漏气体主要是盆式绝缘子与法兰连接出现问题，连接处出现松动，密封性质量差；母线漏气原因是伸缩节质量较差，紧固螺栓力矩不够，未严密封实，另外就是组合电器随着时间推移，长期运行造成密封圈受磨损而出现松动。SF6气体泄漏不仅影响设备安全运行，而且会危及工作人员生命安全，成为GIS组合电器运行中的重大安全隐患。

3 GIS组合电器改进方案

3.1 绝缘故障

GIS组合电器出现绝缘故障主要是因为设计的沿面爬电距离较短和盆式绝缘子两端电极不合理，为了改善此种情况，在设计时充分考虑沿面爬电距离，适当增大GIS组合电器绝缘子爬电距离，增强绝缘子抗干扰力；改变盆式绝缘子两端圆角，将其设计成为曲率变化缓慢的椭圆形。

在安装和生产过程中，严控GIS组合电器清洁度。清理生产和安装周围环境，装配工人必须穿戴专用工作服，尽量缩短裸露空气时间，在安装中确保母线（改进后的母线安装结构如图2所示）和气体腔内表面光洁度，所用磁场场强均匀。GIS组合电器的元器件必须为合格产品，后续监管力度加大，及时排除一切隐患。

图2 GIS组合电器改进后的母线结构

3.2 气体泄漏故障改进

为减少GIS组合电器故障，提高整个电力中心安全性，保障人员安全，对GIS组合电器出现的SF6气体泄漏，采取5个方面的措施。（1）严格把关生产工艺，对产品供应方提出更高质量要求，必须保障组合电器在生产过程中设备质量和密封效果。（2）现场运行加大现场巡查监测，采用SF6气体检测仪安装在组合电器周围，时时监控是否有SF6气体泄露，进而采取防控措施。（3）定期排查核实密封圈、盆式绝缘子与法兰连接处等密封效果，并及时补充防水胶，防止因密封不严出现气体泄漏故障。（4）跟踪监视组合电器母线伸缩节变化情况，若伸缩节变化量过大，这时需要引起重视，立即对该母线伸缩节进行处理。（5）组合电器无论是在安装或者运行，必须严格按照使用标准执行，确保组合电器在最佳状态下运行。

4 运行中的故障处理

2018年9月27日，该企业对供电系统开关气室进行气体检测，发现有SF6气体存在，说明运行中的GIS组合电器存在泄漏气体故障，若不及时解决，将会对工作人员造成严重威胁。

立即停止GIS组合电器运行，对其解体检查。从检查结果来看，组合电器的端盖出现双电电弧熏黑痕迹，绝缘子也被不同程度熏黑，图3所示为GIS组合电器运行故障后检查结果。引起端盖和绝缘子被熏黑的是存在电弧微尘等杂质放电作用造成的，受电弧影响，绝缘子与法兰连接处的密封性受到了冲击，造成气体泄漏。不过，因为发现较早，杂质分散状态和存有量较少，没有引起大面积电弧，只是GIS组合电器局部被电弧，否则将会造成严重后果。

图3 外部检查GIS组合电器

针对该故障，为了严防气体泄漏，在端盖上和绝缘子之间增加弹簧，密封圈涂上一层防水胶，并对其进行放电测试，在确保无气体泄漏后才能进行生产运行。为防止绝缘子出现故障，对其进行套管处理，出线套管实物如图4所示。通过对GIS组合电器故障处理后，设备运行稳定，安全性得到了有效保障，提高了供电系统生产效益和经济效益。

图4 GIS组合电器出线套管

5 结束语

本文针对企业供电系统GIS组合电器绝缘故障和气体泄漏问题，对故障产生原因进行分析，提出了故障改进方案，主要得出以下结论：

（1）GIS组合电器装配误差、存在金属微粒、导电微尘、高压突体是产生绝缘故障原因，盆式绝缘子与法兰连接松动、密封性差、伸缩节变化、密封圈受损产生SF6气体泄漏；

（2）针对GIS组合电器绝缘子缺陷和气体泄漏问题，从设计、生产和后续运行监管3个环节提出了改进方案；

（3）处理现场运行中的GIS组合电器故障，说明提出的改进方案有效、可行，解决了企业面临的难题。