謝江平

（新疆伊河電力有限責任公司，新疆 伊寧835400）

隨著社會的進步，我國的科技創(chuàng)新事業(yè)得到迅速發(fā)展，GIS設備廣泛應用于電力系統(tǒng)、水利工程等領域，但仍處于創(chuàng)新應用的探索期。GIS 設備具有體積小、技術可靠性高、不受外在因素干擾、危險性低、設備運行周期長等優(yōu)點。但不同事物都存在兩面性，GIS 設備也存在著一些缺陷，比如GIS 是一個全封閉性的電組合設備，無法通過感官推測故障出現(xiàn)的原因。其次設備的體積比較小，安裝時十分緊湊，運行過程中內(nèi)部的零件損壞會波及到其他部分，影響向外擴散，最終使設備整體遭到損壞。本文以新疆吉林化二級水電站220 kVGIS 設備局部放電故障為例，通過現(xiàn)場技術專家勘察，分析其發(fā)生故障的原因，進而總結(jié)GIS 設備局部放電故障發(fā)生的全部原因，提出GIS 設備局部放電的解決對策和預防措施。

1 新疆吉林化二級水電站GIS 設備局部放電故障概況

新疆吉林化二級水電站GIS 一期設備是ZF9-252 產(chǎn)品，額定電壓220 kV，額定電流2000A，為三個間隔的單母線結(jié)構，在2009 年，設備安裝完畢投入運行，二期設備在2013 年擴建，共四個間隔），該產(chǎn)品在運行期間未進行過例行維修和大修。在2017 年10 月4 日，該設備正常運行時，一間隔主母線氣室出現(xiàn)內(nèi)部絕緣故障（圖1）。

圖1 故障位置（一間隔主母線A 相）

經(jīng)專業(yè)人士拆除主母線端頭蓋板后，顯示一間隔母線筒內(nèi)壁、母線觸頭和導體表面均附著著大量白色的粉末，內(nèi)壁鐵紅環(huán)氧底漆存在變色、起皮、脫落、燒穿等現(xiàn)象；一間隔A 相母線支撐導體與隔離開關靜側(cè)絕緣盆子連接處燒損較嚴重，且受熱變色，其表面存在大量粉塵；接近故障處的母線筒，存在清晰的噴濺痕跡（圖2）。經(jīng)技術人員分析在維修拆卸過程中，未發(fā)現(xiàn)緊固件松動，可排除內(nèi)部裝配不當引起的絕緣故障。在現(xiàn)場未發(fā)現(xiàn)故障氣室漏氣，氣室漏氣可以造成絕緣度降低導致放電，但是，假如氣室漏氣壓力降低，工作后臺會接收到報警信號。此外，氣室壓力降低至報警壓力值時GIS 設備仍可以正常運行，繼續(xù)下降才有可能造成絕緣故障，故排除氣室漏氣造成放電故障；進一步分析可能是氣室存在異物，導致局部放電故障。異物可能的來源是：①現(xiàn)場一期設備對接安裝時操作不嚴、控制不當，未嚴格按照行業(yè)標準執(zhí)行，導致氣室內(nèi)部帶入異物。此外，在現(xiàn)場組裝對接、更換吸附劑、清理工作中清潔度管控和工藝控制不到位，造成異物進入氣室內(nèi)部。②根據(jù)現(xiàn)場反饋，二期設備由泰開公司2013 年擴建4 個間隔。從擴建現(xiàn)場情況看，泰開公司對此次放電的母線氣室進行過開蓋處理，在開蓋處理結(jié)束后恢復時，未嚴格遵守工藝要求，導致缺陷存在于氣室內(nèi)部，造成設備局部放電故障。綜上分析，如何解決GIS 設備局部放電問題，是當前急需研究的重要課題。

圖2 故障現(xiàn)場形態(tài)圖

2 GIS 設備局部放電故障分析

在長時間的工作中，GIS 設備內(nèi)部很容易出現(xiàn)故障，由于該設備是密封的，一旦發(fā)生故障，很難查找原因，而且維修困難，費用昂貴[1]，特別是局部放電故障，局部放電會損壞GIS 設備的絕緣，造成絕緣性能低，隨著損壞規(guī)模的增大，危害將會越來越嚴重，在達到一定程度時會擊穿絕緣，造成設備短路，進而停止工作[2]。一旦故障發(fā)生將會給水電工程造成極大地損失。造成局部放電的原因有多種，比如設備材料質(zhì)量劣質(zhì)、設備安裝不符合標準、微塵異物進入等，針對此種故障，應對其原因進行細致分析。

（1）設備材料劣質(zhì)

材料把關不嚴謹，外購的絕緣件配件質(zhì)量參差不齊，其清潔度與標準有差異。母線氣室內(nèi)有超過允許長度范圍的自由金屬體，包括導體和外殼內(nèi)表面的突起金屬。金屬突起一般是在生產(chǎn)和安裝過程中造成的，導致產(chǎn)生毛刺，而且比較尖銳，在快速的工作頻率狀態(tài)下產(chǎn)生自由導電微粒，進而造成故障。

（2）安裝標準不符規(guī)定

在安裝時，未按照正規(guī)的程序標準進行，在連接電極表面處未進行徹底的清理，存在表面劃傷痕跡、安裝位置錯誤、電極錯位、密封不嚴等情況。

（3）微塵異物的進入

主要是由于組裝條件有限，沒有徹底清除GIS 設備內(nèi)部的微塵和異物引起，微塵和異物中以自由金屬微粒的危害最為嚴重，極易引起局部放電，進而導致設備故障。此外，由于工作現(xiàn)場環(huán)境較惡劣，有微塵異物等雜質(zhì)進入設備內(nèi)部。

（4）設備接觸不良

包括主觸頭接觸不良、屏蔽罩接觸不良兩大類，此狀況易造成設備振動及過熱，降低GIS 設備的絕緣性能，導致局部放電。此外，傳導部分接觸不良也可能導致局部放電，如靜電屏蔽和其它浮動部件等。

（5）氣室漏氣

氣室漏氣將導致絕緣性能下降，造成絕緣擊穿，進而導致放電故障發(fā)生。

（6）絕緣子缺陷

絕緣子缺陷在出廠時不會出現(xiàn)，一般在運輸和安裝過程中造成損傷[3]，部分缺陷最初是無害的，但在機械振動及靜電力的作用下會發(fā)生輕微移動，具有潛在隱患。絕緣子表面的缺陷會引起電荷數(shù)的增加，形成表面放電，造成絕緣子表面的絕緣劣化，進而擊穿。此外，由于環(huán)氧樹脂和金屬電極的收縮系數(shù)不同，在實際中形成氣泡或空隙，這類絕緣缺陷也可能在GIS 設備中產(chǎn)生局部放電，絕緣體中長時間局部放電會腐蝕絕緣材料，嚴重者將導致絕緣擊穿。

（7）其他原因的影響

GIS 設備在運輸和搬運過程中，由于機械振動及組件的互相摩擦等外力，使得設備緊固件松動、元件損傷導致局部放電。

（8）外部原因的影響

導致此次局部放電故障的原因可能是（1）在二期工程擴建與一期GIS 設備對接過程中，未通知一期廠家監(jiān)工，在操作過程中，有雜質(zhì)進入一期GIS 設備母線管內(nèi)；（2）在對接過程中，一期設備某些零部件松動、變形，進而導致局部放電故障。氣室中存在異物微粒是導致大多數(shù)GIS 設備局部放電的普遍原因之一。

3 GIS 設備局部放電對策研究

GIS 設備對于水電站的發(fā)展具有重要的意義，其密封性高，發(fā)生故障后維修難度和成本較大，由此，在原材料的選擇、設備的安裝和測試、后期檢測等過程中均應加強監(jiān)督，務必落實好各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量關。

3.1 加強設備的質(zhì)量監(jiān)督

設備在出廠前，必須經(jīng)過嚴格的質(zhì)量檢查，如果不合格，要求查明原因，并加以解決，必須保證產(chǎn)品的高質(zhì)量。對于特殊的元件，例如絕緣件的制作，在加工時應做特殊加工。此外，務必重視生產(chǎn)車間的環(huán)境和清潔度。

（1）建立完善的質(zhì)量保證體系，進行多級檢查，并做好檢查記錄，上道工序未達標，堅決不進行下道工序。對于出售的設備，進行定期檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問題，立即停止作業(yè)，查明原因及時解決。

（2）重視技術創(chuàng)新，加大管理力度，制訂相應的標準和規(guī)程，加強工作人員的安全意識，促使其盡職盡責，保證設備的合格率。加強技術人員交流，在處理重大故障時，由多人共同商榷，集思廣益，全面考慮，制訂出可行的對策，同時聘請業(yè)內(nèi)的專家教授進行現(xiàn)場指導，學習更多的新方法、新技術。

3.2 加強管理監(jiān)督

（1）加強設備的維護力度，在運行作業(yè)過程中及時檢查，及時發(fā)現(xiàn)問題并解決。在檢修時，嚴格按照標準執(zhí)行，打開氣室，回收氣體，及時用氮氣沖洗，同時室內(nèi)應足夠通風，保證人身安全。

（2）在設備安裝時，盡量多留出活動空間，保證后期檢查檢測及故障后維修的順利進行。

（3）據(jù)調(diào)查GIS 設備在運行的第一年的故障率較高，之后逐漸降低，因此在安裝設備的第一年必須增加檢查頻率，加大巡查力度。由于隔離開關故障發(fā)生較為頻繁，應將其作為重點檢測設備，同時及時檢測氣室壓力的變化，以保證氣室密封性良好。

3.3 建設檢測系統(tǒng)

GIS 設備整體金屬密封，當發(fā)生故障時難以定位，在運行時無法掌握其內(nèi)部狀況[4]，此外它的內(nèi)部元件多、結(jié)構復雜，一個元件的故障很容易波及周圍元件，擴大故障范圍，進而影響整個設備的正常運行。因此，對GIS 設備故障進行早期預測和預防十分重要。目前，局部放電檢測的方法包括：電測法（脈沖電流法、超高頻法）和非電測法（超聲波監(jiān)測法、光學監(jiān)測法、化學監(jiān)測法）[5]。

（1）脈沖電流法，又稱耦合電容法。此方法操作簡單，便于實現(xiàn)；但是在現(xiàn)場測試時，由于外殼上的電容電極耦合探測局放信號與多種噪聲混和在一起，無法識別，這一缺陷限制了該方法在實際中的推廣。

（2）超高頻法。其方法靈敏度高，通過放電源到傳感器的時間差對放電源部位進行精確定位。該種方法對傳感器的要求較高，成本較昂貴。

（3）超聲波監(jiān)測法。當GIS 設備內(nèi)部產(chǎn)生局部放電時會產(chǎn)生沖擊振動和聲音，通過腔體外壁上安裝的超聲波傳感器檢測局部放電[6]，此方法是目前比較成熟的監(jiān)測方法，它可以抵抗電磁干擾，但是，其聲音信號在通過不同介質(zhì)時的傳播速率不同，而且會產(chǎn)生反射，高頻部分衰減較快。這一特性要求工作人員必須有豐富的經(jīng)驗，同時，長時間監(jiān)測需要較多傳感器，實際使用不太方便。

（4）化學監(jiān)測法。通過分析GIS 設備中局部放電所產(chǎn)生氣體生成物的濃度變化來確認局部放電的程度，但是GIS 設備中存在大量吸附劑和干燥劑，這些物質(zhì)會影響化學檢測，因此用化學方法監(jiān)測的靈敏度不穩(wěn)定。此外，該方法在實際應用中不能進行長時間監(jiān)測。

（5）光學監(jiān)測法。此儀器內(nèi)部的光電倍增器可以監(jiān)測到一個光子的發(fā)射，但是射線容易被SF6 氣體吸收，進而無法監(jiān)測。該方法監(jiān)測已知位置的放電部位比較有效，同時GIS 設備內(nèi)壁光滑使得該儀器靈敏度不高。

4 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，GIS 設備在水電工程建設中必將發(fā)揮重要的作用，但其頻繁發(fā)生故障也是阻礙GIS 設備應用普及的主要問題之一。本文通過對GIS 設備局部放電的分析，提出防患局部放電故障的對策，對實際運行、維修工作具有一定的參考價值。對于運行期間發(fā)生的故障，應找準原因，及時采取相應措施解決，避免產(chǎn)生嚴重的事故；在平常應加大對設備的檢修力度，積極摸索新型的檢測手段，對于設備的安全運行及水電工程的發(fā)展具有重要的意義。