大岗山水电站GIS母线接地故障分析及处理

李晓飞，李秀杰

(国电大渡河检修安装有限公司，四川 乐山 614900)

SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS)因其占地小、无污染及检修周期长等优点受到用户的青睐，在高压及超高压领域的使用越来越多。但GIS一旦发生故障，特别是内部放电故障，或者因缺陷需要检修，涉及的停电范围及工程量将十分巨大。因此GIS设备的生产工艺及安装工艺的优劣直接决定着设备的安全运行及可靠性。

1 故障概况

大岗山GIS采用现代重工电气有限公司产品，于2014年安装，2015年8月投运。该水电站有4回进线，3回出线，接线方式为2串2/3及1回3/4。GIS 设备设计为同轴圆柱结构，构成稍不均匀电场，壳体与导体间充入SF6气体，SF6气体在该 电场中绝缘强度很高。全站GIS设备共配置有362个吸附剂装置，安装在GIS设备径向方向、GIS底部位置和GIS上部位置。

2016年9月5日，大岗山电站GIS保护报警跳闸，现场检查发现5013DL开关、5033DL开关三相分闸，Ⅱ号母线GIS外观无异常、靠Ⅱ号母线侧开关5013DL、5024DL、5033DL外观无异常。测试Ⅱ段母线A、B、C三相对地绝缘(15 s)分别为12、19、13 GΩ，未发现接地点。

厂家人员通过对Ⅱ母及相邻间隔气室气体嗅探和专用试纸测试(见图1、图2)，确定故障点在Ⅱ母5217地刀间隔气室。检修人员对故障气室气体检测成分：SO2为100 ppm、H2S为123.2 ppm、CO为43.2 ppm。

通过5217地刀观察孔观察，5217地刀动静触头和5217地刀观察孔有放电产生的白色粉尘覆盖。

图1 测纸变色情况图

图2 观察孔白色粉末图

2 GIS放电故障的原因

根据以往的故障分析引起GIS设备内部放电故障的原因主要集中在GIS内部元件布置的设计、盆式绝缘子及导体等元件选用的材质、元件的制造工艺、设备现场安装工艺、安装环境的洁净度等方面有关。

1)CIS内部元件布置设计的合理性，直接影响到运行中发生局部放电的概率。在尘埃，杂质及金属颗粒易沉积的部位(诸如水平布置的盆式绝缘子和水平母线倒三角形布置的母线筒等)。因此产品设计在保持与导体安全距离的同时，应保留有足够的裕度。

2)GIS元件材质不良，绝缘子绝缘强度不够，导体等元件表面较粗糙，均易引发放电故障。在制造工艺粗糙、表面光洁度差的元件表面的不规则处，电场强度发生畸变，尖端形成高电场，易引起局部放电。

3)设备现场工装质量粗糙也是引起放电的原因。由于装配尺寸不到位，触头接触不良会引起局部发热，而导体与盆式绝缘子的膨胀系数不同，因此在导体与盆式绝缘子之间会产生间隙，发生放电现象。

4)设备安装现场的环境洁净度不符合安装工艺要求是引发事故的重要因素之一。在安装过程中若环境粉尘、杂质密度大，绝缘子表面污秽，会使绝缘子表面的电导率发生变化。尘埃、杂质及金属颗粒等在电场作用下，吸附在绝缘子表面，导致大量表面电荷形成，反复之下，最终引发放电。

3 故障部位拆解情况

拆除Ⅱ母5217地刀检查母线内部和5217地刀，发现母线垂直段导体放电中心点距端部460 mm处有直径约为100 mm左右的放电烧蚀痕迹，GIS壳体内部放电中心点距端部267 mm处有约为200 mm×300 mm的放电痕迹、局部有深约5 mm的放电烧蚀凹点(见图3)，GIS导体与GIS壳体放电点基本在同一高度。

同时观察到5217地刀处吸附剂端盖挡板、吸附剂包散落到GIS垂直母线下端的T型段内，其中一包吸附剂的包装已烧坏，其吸附剂颗粒散落且部分颗粒变色，另一包吸附剂完整，吸附剂装置端盖挡板完好未被电弧烧蚀。

图3 放电部位照片

4 本次故障原因分析

4.1 现场结构图

通过拆除Ⅱ母5217地刀查看，发现5217地刀吸附剂端盖板脱落和吸附剂散落到5217地刀GIS母线下端T型段。吸附剂端盖板完好，有一包吸附剂包装袋破裂(仅剩余100×35 mm见方的包装袋)。

该故障处GIS吸附剂装置安装位置为5217地刀外壳斜下方约45°角(见图4)。

图4 吸附剂安装位置图

4.2 吸附剂盖板结构及材质

该吸附剂挡板采用四角卡扣固定结构，卡扣尺寸小于吸附剂外壳，通过卡扣和外壳进行固定(见图5)。

图5 吸附剂卡扣结构图

经咨询厂家，该吸附剂盖板采用PA66材质注射成型。PA66材质主要使用于抗冲击性及高强度要求的产品上，有较强的强度和刚度。同时具有良好的耐磨性、耐热性、耐油性。成型后进行高温热处理(96℃热处理，6 h后常温冷却)，确保材质不会因温度变化而变形。

4.3 原因分析

结合现场情况及设备结构，本次故障原因是GIS开关多次分合闸震动，造成吸附剂端盖板松动脱落，吸附剂在脱落过程中，减小了母线与壳体间的绝缘强度(吸附剂包吸潮后绝缘强度降低)，改变了电场分布，导致导体通过吸附剂包对壳体电弧放电，继而跳开500 kV第一串靠Ⅱ段母线侧开关5013DL、500 kV第三串靠Ⅱ段母线侧开关5033DL，切除故障点。

4.4 暴露的问题

吸附剂装置存在设计缺陷：吸附剂端盖板仅采用4个卡扣与吸附剂装置固定，固定不够牢固，在承受开关、隔刀分合动作振动冲击下，卡扣可能松动。且盖板直径为φ132 mm，小于吸附剂法兰孔直径φ148 mm，存在脱落后引起放电的风险。

吸附剂布置位置存在隐患：部分吸附剂装置布置于外壳斜上方，与水平方向约 45°角位置，正常状态下将承受500 g吸附剂的重力作用，在设备操作振动下极易导致吸附剂盖板脱落，鉴于吸附剂原始结构不够牢固，此种布置方式存在很大隐患。

5 处理措施

5.1 应急处理

对放电烧伤的Ⅱ段母线B相GIS导体、GIS壳体和接地刀闸进行全部更换，因该吸附剂挡板不具备在现场改型的条件，现场采取的紧急措施为将原吸附剂盖板及吸附剂取消，设备再重新抽真空、充气。按照“四不放过”原则和举一反三要求，对5217地刀A相、C相气室间隔的吸附剂装置进行取消处理。

5.2 改进方案

和生产厂家进行联系，对该GIS吸附剂盖板进行改型。取消卡扣结构，通过增大盖板面积，用筒体直接将盖板固定，防止类似事件再次发生。并对所有GIS吸附剂盖板进行更换。

改进后的吸附剂盖板直径大于壳体法兰的直径新盖板外径为φ158，大于改进前的盖板外径φ132，新盖板外径是大于壳体法兰直径φ148，塑料盖板由原来的卡扣结构改为由吸附剂装置与气室本体上的法兰共同压紧，保证了吸附剂挡板不会由于卡扣不紧发生脱落后掉入气室内部的情况，从而杜绝了再次发生了类似故障的可能性，提高了GIS运行的可靠性。

5.3 处理流程

排除故障相气室气体，压缩波纹管取出波纹管导体，拆除ES-母线装置，清理内部放电污染物。对相邻气室进行降压处理(降压至0.2 MPa)，更换新的装置后，对气室进行抽真空处理，并抽真空后进行保压、检漏、微水测试。以上试验完成后，对断路器及断路器断口进行耐压试验。

6 后续建议

通过本次故障案例分析，GIS虽然属于“免维护”设备，但因为设计、材质、安装工艺等多方面的影响，产

品的运行可靠性也并没有达到理想状态。更由于GIS占地面小的优点，在检修时，停电范围及难度也相应的增加。

因此，建议GIS使用单位应从全方位加强对GIS的监督与管理：

1)做好GIS采购管理，尽量选择市场上设计成熟，运行可靠性高的产品。

2)加强GIS基建监督，把控好安装质量，尽量把缺陷消除在安装过程中。

3)做好运行中SF6气体微水、压力及泄漏监测工作，并建立详细的记录。

4)与GIS厂家联系，对常用备件进行储备。