李曉飛，李秀杰

(國(guó)電大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂(lè)山 614900)

SF6氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)因其占地小、無(wú)污染及檢修周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)受到用戶(hù)的青睞，在高壓及超高壓領(lǐng)域的使用越來(lái)越多。但GIS一旦發(fā)生故障，特別是內(nèi)部放電故障，或者因缺陷需要檢修，涉及的停電范圍及工程量將十分巨大。因此GIS設(shè)備的生產(chǎn)工藝及安裝工藝的優(yōu)劣直接決定著設(shè)備的安全運(yùn)行及可靠性。

1 故障概況

大崗山GIS采用現(xiàn)代重工電氣有限公司產(chǎn)品，于2014年安裝，2015年8月投運(yùn)。該水電站有4回進(jìn)線(xiàn)，3回出線(xiàn)，接線(xiàn)方式為2串2/3及1回3/4。GIS 設(shè)備設(shè)計(jì)為同軸圓柱結(jié)構(gòu)，構(gòu)成稍不均勻電場(chǎng)，殼體與導(dǎo)體間充入SF6氣體，SF6氣體在該 電場(chǎng)中絕緣強(qiáng)度很高。全站GIS設(shè)備共配置有362個(gè)吸附劑裝置，安裝在GIS設(shè)備徑向方向、GIS底部位置和GIS上部位置。

2016年9月5日，大崗山電站GIS保護(hù)報(bào)警跳閘，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)5013DL開(kāi)關(guān)、5033DL開(kāi)關(guān)三相分閘，Ⅱ號(hào)母線(xiàn)GIS外觀(guān)無(wú)異常、靠Ⅱ號(hào)母線(xiàn)側(cè)開(kāi)關(guān)5013DL、5024DL、5033DL外觀(guān)無(wú)異常。測(cè)試Ⅱ段母線(xiàn)A、B、C三相對(duì)地絕緣(15 s)分別為12、19、13 GΩ，未發(fā)現(xiàn)接地點(diǎn)。

廠(chǎng)家人員通過(guò)對(duì)Ⅱ母及相鄰間隔氣室氣體嗅探和專(zhuān)用試紙測(cè)試(見(jiàn)圖1、圖2)，確定故障點(diǎn)在Ⅱ母5217地刀間隔氣室。檢修人員對(duì)故障氣室氣體檢測(cè)成分：SO2為100 ppm、H2S為123.2 ppm、CO為43.2 ppm。

通過(guò)5217地刀觀(guān)察孔觀(guān)察，5217地刀動(dòng)靜觸頭和5217地刀觀(guān)察孔有放電產(chǎn)生的白色粉塵覆蓋。

圖1 測(cè)紙變色情況圖

圖2 觀(guān)察孔白色粉末圖

2 GIS放電故障的原因

根據(jù)以往的故障分析引起GIS設(shè)備內(nèi)部放電故障的原因主要集中在GIS內(nèi)部元件布置的設(shè)計(jì)、盆式絕緣子及導(dǎo)體等元件選用的材質(zhì)、元件的制造工藝、設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝、安裝環(huán)境的潔凈度等方面有關(guān)。

1)CIS內(nèi)部元件布置設(shè)計(jì)的合理性，直接影響到運(yùn)行中發(fā)生局部放電的概率。在塵埃，雜質(zhì)及金屬顆粒易沉積的部位(諸如水平布置的盆式絕緣子和水平母線(xiàn)倒三角形布置的母線(xiàn)筒等)。因此產(chǎn)品設(shè)計(jì)在保持與導(dǎo)體安全距離的同時(shí)，應(yīng)保留有足夠的裕度。

2)GIS元件材質(zhì)不良，絕緣子絕緣強(qiáng)度不夠，導(dǎo)體等元件表面較粗糙，均易引發(fā)放電故障。在制造工藝粗糙、表面光潔度差的元件表面的不規(guī)則處，電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生畸變，尖端形成高電場(chǎng)，易引起局部放電。

3)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)工裝質(zhì)量粗糙也是引起放電的原因。由于裝配尺寸不到位，觸頭接觸不良會(huì)引起局部發(fā)熱，而導(dǎo)體與盆式絕緣子的膨脹系數(shù)不同，因此在導(dǎo)體與盆式絕緣子之間會(huì)產(chǎn)生間隙，發(fā)生放電現(xiàn)象。

4)設(shè)備安裝現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境潔凈度不符合安裝工藝要求是引發(fā)事故的重要因素之一。在安裝過(guò)程中若環(huán)境粉塵、雜質(zhì)密度大，絕緣子表面污穢，會(huì)使絕緣子表面的電導(dǎo)率發(fā)生變化。塵埃、雜質(zhì)及金屬顆粒等在電場(chǎng)作用下，吸附在絕緣子表面，導(dǎo)致大量表面電荷形成，反復(fù)之下，最終引發(fā)放電。

3 故障部位拆解情況

拆除Ⅱ母5217地刀檢查母線(xiàn)內(nèi)部和5217地刀，發(fā)現(xiàn)母線(xiàn)垂直段導(dǎo)體放電中心點(diǎn)距端部460 mm處有直徑約為100 mm左右的放電燒蝕痕跡，GIS殼體內(nèi)部放電中心點(diǎn)距端部267 mm處有約為200 mm×300 mm的放電痕跡、局部有深約5 mm的放電燒蝕凹點(diǎn)(見(jiàn)圖3)，GIS導(dǎo)體與GIS殼體放電點(diǎn)基本在同一高度。

同時(shí)觀(guān)察到5217地刀處吸附劑端蓋擋板、吸附劑包散落到GIS垂直母線(xiàn)下端的T型段內(nèi)，其中一包吸附劑的包裝已燒壞，其吸附劑顆粒散落且部分顆粒變色，另一包吸附劑完整，吸附劑裝置端蓋擋板完好未被電弧燒蝕。

圖3 放電部位照片

4 本次故障原因分析

4.1 現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖

通過(guò)拆除Ⅱ母5217地刀查看，發(fā)現(xiàn)5217地刀吸附劑端蓋板脫落和吸附劑散落到5217地刀GIS母線(xiàn)下端T型段。吸附劑端蓋板完好，有一包吸附劑包裝袋破裂(僅剩余100×35 mm見(jiàn)方的包裝袋)。

該故障處GIS吸附劑裝置安裝位置為5217地刀外殼斜下方約45°角(見(jiàn)圖4)。

圖4 吸附劑安裝位置圖

4.2 吸附劑蓋板結(jié)構(gòu)及材質(zhì)

該吸附劑擋板采用四角卡扣固定結(jié)構(gòu)，卡扣尺寸小于吸附劑外殼，通過(guò)卡扣和外殼進(jìn)行固定(見(jiàn)圖5)。

圖5 吸附劑卡扣結(jié)構(gòu)圖

經(jīng)咨詢(xún)廠(chǎng)家，該吸附劑蓋板采用PA66材質(zhì)注射成型。PA66材質(zhì)主要使用于抗沖擊性及高強(qiáng)度要求的產(chǎn)品上，有較強(qiáng)的強(qiáng)度和剛度。同時(shí)具有良好的耐磨性、耐熱性、耐油性。成型后進(jìn)行高溫?zé)崽幚?96℃熱處理，6 h后常溫冷卻)，確保材質(zhì)不會(huì)因溫度變化而變形。

4.3 原因分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況及設(shè)備結(jié)構(gòu)，本次故障原因是GIS開(kāi)關(guān)多次分合閘震動(dòng)，造成吸附劑端蓋板松動(dòng)脫落，吸附劑在脫落過(guò)程中，減小了母線(xiàn)與殼體間的絕緣強(qiáng)度(吸附劑包吸潮后絕緣強(qiáng)度降低)，改變了電場(chǎng)分布，導(dǎo)致導(dǎo)體通過(guò)吸附劑包對(duì)殼體電弧放電，繼而跳開(kāi)500 kV第一串靠Ⅱ段母線(xiàn)側(cè)開(kāi)關(guān)5013DL、500 kV第三串靠Ⅱ段母線(xiàn)側(cè)開(kāi)關(guān)5033DL，切除故障點(diǎn)。

4.4 暴露的問(wèn)題

吸附劑裝置存在設(shè)計(jì)缺陷：吸附劑端蓋板僅采用4個(gè)卡扣與吸附劑裝置固定，固定不夠牢固，在承受開(kāi)關(guān)、隔刀分合動(dòng)作振動(dòng)沖擊下，卡扣可能松動(dòng)。且蓋板直徑為φ132 mm，小于吸附劑法蘭孔直徑φ148 mm，存在脫落后引起放電的風(fēng)險(xiǎn)。

吸附劑布置位置存在隱患：部分吸附劑裝置布置于外殼斜上方，與水平方向約 45°角位置，正常狀態(tài)下將承受500 g吸附劑的重力作用，在設(shè)備操作振動(dòng)下極易導(dǎo)致吸附劑蓋板脫落，鑒于吸附劑原始結(jié)構(gòu)不夠牢固，此種布置方式存在很大隱患。

5 處理措施

5.1 應(yīng)急處理

對(duì)放電燒傷的Ⅱ段母線(xiàn)B相GIS導(dǎo)體、GIS殼體和接地刀閘進(jìn)行全部更換，因該吸附劑擋板不具備在現(xiàn)場(chǎng)改型的條件，現(xiàn)場(chǎng)采取的緊急措施為將原吸附劑蓋板及吸附劑取消，設(shè)備再重新抽真空、充氣。按照“四不放過(guò)”原則和舉一反三要求，對(duì)5217地刀A相、C相氣室間隔的吸附劑裝置進(jìn)行取消處理。

5.2 改進(jìn)方案

和生產(chǎn)廠(chǎng)家進(jìn)行聯(lián)系，對(duì)該GIS吸附劑蓋板進(jìn)行改型。取消卡扣結(jié)構(gòu)，通過(guò)增大蓋板面積，用筒體直接將蓋板固定，防止類(lèi)似事件再次發(fā)生。并對(duì)所有GIS吸附劑蓋板進(jìn)行更換。

改進(jìn)后的吸附劑蓋板直徑大于殼體法蘭的直徑新蓋板外徑為φ158，大于改進(jìn)前的蓋板外徑φ132，新蓋板外徑是大于殼體法蘭直徑φ148，塑料蓋板由原來(lái)的卡扣結(jié)構(gòu)改為由吸附劑裝置與氣室本體上的法蘭共同壓緊，保證了吸附劑擋板不會(huì)由于卡扣不緊發(fā)生脫落后掉入氣室內(nèi)部的情況，從而杜絕了再次發(fā)生了類(lèi)似故障的可能性，提高了GIS運(yùn)行的可靠性。

5.3 處理流程

排除故障相氣室氣體，壓縮波紋管取出波紋管導(dǎo)體，拆除ES-母線(xiàn)裝置，清理內(nèi)部放電污染物。對(duì)相鄰氣室進(jìn)行降壓處理(降壓至0.2 MPa)，更換新的裝置后，對(duì)氣室進(jìn)行抽真空處理，并抽真空后進(jìn)行保壓、檢漏、微水測(cè)試。以上試驗(yàn)完成后，對(duì)斷路器及斷路器斷口進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。

6 后續(xù)建議

通過(guò)本次故障案例分析，GIS雖然屬于“免維護(hù)”設(shè)備，但因?yàn)樵O(shè)計(jì)、材質(zhì)、安裝工藝等多方面的影響，產(chǎn)

品的運(yùn)行可靠性也并沒(méi)有達(dá)到理想狀態(tài)。更由于GIS占地面小的優(yōu)點(diǎn)，在檢修時(shí)，停電范圍及難度也相應(yīng)的增加。

因此，建議GIS使用單位應(yīng)從全方位加強(qiáng)對(duì)GIS的監(jiān)督與管理：

1)做好GIS采購(gòu)管理，盡量選擇市場(chǎng)上設(shè)計(jì)成熟，運(yùn)行可靠性高的產(chǎn)品。

2)加強(qiáng)GIS基建監(jiān)督，把控好安裝質(zhì)量，盡量把缺陷消除在安裝過(guò)程中。

3)做好運(yùn)行中SF6氣體微水、壓力及泄漏監(jiān)測(cè)工作，并建立詳細(xì)的記錄。

4)與GIS廠(chǎng)家聯(lián)系，對(duì)常用備件進(jìn)行儲(chǔ)備。