李大江

(國投甘肅小三峽發(fā)電有限公司，甘肅 蘭州 730050)

0 引 言

GIS(Gas Isolated Switchgare )設備全稱氣體絕緣、金屬封閉開關設備，主要將斷路器、母線、電流互感器等設備組合安裝在金屬外殼密閉的SF6氣體中。由于整體設備具有檢修維護周期長、運行可靠性高、占地面積小、維護簡便、檢修維護工作量小等優(yōu)點、因此，目前電力生產輸送將GIS設備定為主要設備。但是，隨著運行時間的不斷累積，設備會出現(xiàn)一些缺陷，但是這些缺陷不像其他設備一樣容易被及時發(fā)現(xiàn)，如果在運行中不能及時采取有效的處理措施，一旦出現(xiàn)故障，檢修過程相對復雜，且受現(xiàn)場環(huán)境限制，檢修時間一般較長。因此，分析總結氣體絕緣、金屬封閉開關設備在運行中的故障原因，并且總結相關的防范措施在當下是勢在必行的。

1 GIS設備簡介

GIS設備全稱為氣體絕緣、金屬封閉開關設備，顧名思義此設備不只是單一設備，是由若干電氣設備組成。主要包括線路斷路器、接地開關、隔離開關、母線、過電壓避雷設備、互感器、出線終端等附件設備。GIS自誕生以來，便獲得了廣泛的認可和使用。設備在運行過程中，能夠適應較為復雜的環(huán)境，并且有著電壓等級越高，安裝面積越小的優(yōu)勢，這極大的減小了占地面積，因此，設備能較好地適應地理環(huán)境因素。并且設備外殼為金屬結構的全封閉固件，使其擁有良好的結構穩(wěn)定性，這也使其內部的帶電設備有了一個良好的防護，對于運行、檢修人員的人身安全也起到了一定的保護的作用。氣體絕緣、金屬封閉開關設備結構如圖1所示。

圖1 氣體絕緣、金屬封閉開關設備結構

圖1中1為GIS的核心元器件斷路器，其主要由開斷裝置、導電回路、操作機構以及絕緣結構等部分組成，斷路器在開斷電路時會產生電弧，但迅速會被密閉空間充滿的SF6氣體熄滅，在滅弧的同時，SF6氣體會被分解為二氧化硫、四氟化硫等對人體有害的氣體，這就需要在斷路器里放置吸附劑，吸附相關毒性氣體；圖1中2為電流互感器；3、4、5分別為接地開關、隔離開關、傳動機構； 6、7則分別為主母線及出線套管；8為設備接地處；9為設備外殼。GIS設備的每一個氣體間隔，均是使用不通氣的盆式絕緣子，將設備劃分為若干個獨立的密閉空間，以便應對不同的氣體壓力及方便日后的檢查檢修工作。

2 GIS設備常見的故障分析

GIS設備在長期運行的過程中，整體運行狀態(tài)良好。但在收集的部分案例中，也出現(xiàn)了較為典型的故障現(xiàn)象。如氣密性故障、導電部件故障、絕緣部件故障、短路放電故障等等。此類故障的頻繁出現(xiàn)，直接造成了電力系統(tǒng)的運行故障，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性造成了一定的不良影響。

2.1 GIS設備的氣密性故障

2.1.1 故障原因

GIS設備最主要的兩個要素就是氣體絕緣和全封閉。在運行中對設備氣密性要求非常高。但是，在設備長期運行過程中，往往會遇到密封失效的問題，從而造成設備滅弧能力下降及絕緣失效，影響了設備的正常運行，甚至引發(fā)嚴重事故。

黃河上游某電站的GIS設備，2號發(fā)電機出口開關1102斷路器氣室，在運行巡檢時發(fā)現(xiàn)該氣室壓力較往常略有降低，隨即用檢漏儀檢漏，發(fā)現(xiàn)該氣室的一個法蘭面有一處氣體泄漏點。由于該電站僅投產僅四年時間，密封老化可能性較小，便緊固漏氣法蘭螺栓。后經檢測，漏氣點仍存在，于是由檢修人員打開法蘭面，如圖2所示。

圖2 法蘭面的密封膠

由圖2可以明顯看出法蘭面的密封膠涂抹不均勻。由此判斷漏氣原因：①按照密封圈在金屬法蘭面壓縮量25%的要求，密封墊壓縮量不足，未能全面填充注膠槽；②由于施工工藝不良，注膠作業(yè)存在瑕疵?？偨Y以上兩點原因綜合分析得出，由于在施工過程中法蘭面密封膠涂抹不均勻，部分地方涂抹較少甚至缺失，法蘭密封圈壓縮量較小，未能達到標準，運行時間久后，密封面形成細小凹坑，密封圈不能密切貼合，從而發(fā)生氣體泄漏。因此分析此次故障的原因為施工安裝工藝引發(fā)的設備故障。

2.1.2 應對措施

在法蘭安裝之前，要避免法蘭的密封槽有較明顯的劃傷傷痕，或者銹蝕痕跡，必要時可用800號及以上水砂紙或金相砂紙打磨拋光。然后使用無水酒精配合無毛紙反復清潔密封面，保證密封面光滑干凈，表面無雜質。所有之前拆解下的密封圈無論好壞，都必須更換，新安裝的密封墊外觀檢查應無氣泡和劃痕，安裝之前用無水酒精配合無毛紙輕擦。在之前處理好的密封槽內均勻涂抹適量的密封脂，含硅的密封脂避免涂抹在與SF6能夠接觸到的地方。在密封墊外側的法蘭面上薄涂2號低溫潤滑脂或者中性凡士林。法蘭連接或封蓋時，使用力矩扳手均勻緊固封蓋面的對腳螺栓，所選力矩應遵循廠家規(guī)定。

處理完畢后，在設備運行過程中進行設備氣密性故障的檢查檢測。重點監(jiān)測已處理氣室的壓力變化情況，一經發(fā)現(xiàn)氣壓不足時，運行維護人員及時匯報、處理，以防設備閉鎖，從而引發(fā)安全生產事故，同時對日常監(jiān)測的異常部位結合設備停電計劃進行重點檢查，以便及時發(fā)現(xiàn)問題進行維護。

2.2 GIS盆式絕緣子故障

2.2.1 故障原因

GIS 設備中頻繁使用的盆式絕緣子，是由環(huán)氧樹脂澆注而成，而在澆注過程中由于施工工藝、原材料純度等問題造成的表面不平滑、粗糙有劃傷等缺陷，安裝運行后在強電場的作用下，絕緣子的表面電場分布就會發(fā)生畸變，這種變化會使絕緣子表面的閃絡電壓大大降低，逐漸降低至額定電壓，從而在正常運行狀態(tài)下發(fā)生閃絡放電。此時，當GIS設備某部分發(fā)生故障或局部過電壓時，就會沿著絕緣子表面對外殼進行放電，造成絕緣子損傷。

2015年，某變電站GIS設備3號出線間隔的母線B相氣室內發(fā)生放電故障，后經現(xiàn)場檢查，故障發(fā)

生后該站保護未收到任何動作及報警信號，對故障部位進行解體檢查，拆解后發(fā)現(xiàn)氣室內有大量粉塵， B相母線氣室絕緣子根部有明顯的放電及電弧灼傷痕跡，如圖3所示，除此無其他異常。盆式絕緣子斷面結構如圖4所示。

圖3 發(fā)生放電的盆式絕緣子

圖4 盆式絕緣子結構

最中部為中心嵌件，外側圓弧為環(huán)氧樹脂，在兩者之間有一層薄薄的導電橡膠，將環(huán)氧樹脂與中心嵌件緊密連接。該導電橡膠是以硅橡膠為基礎材料，均勻摻入銀粉、鋁鍍銀等導電顆粒，在起到應力的過渡的同時，又具有粘接效果。但是導電橡膠的加入，又增加了生產工藝的難度，一旦生產過程發(fā)生忽略，極易在導電橡膠面上引入氣泡、雜質等。導電橡膠面的邊緣又恰好是導電金屬以及絕緣材料的結合處，是整個盆式絕緣子上電場強度最集中的區(qū)域，而之前引入的氣泡、雜質等又會使內部高壓電場強度發(fā)生畸變，這樣便會使絕緣件在很低的電壓下產生局部放電，發(fā)生設備故障。

再者，GIS設備在施工安裝時，由于工藝質量參差不齊，使盆式絕緣子上極易附著過量污染物，在后期運行過程中，GIS內的各動作設備的操作又會使動作機構、潤滑劑、觸頭等物件發(fā)生摩擦后產生的雜質微粒，在電場作用下，吸附在盆式絕緣子上，當這些吸附雜質達到一定量，便會形成小橋，導致絕緣子表面發(fā)生閃絡，從而瞬間改變氣室內的空間電場強度分布，引發(fā)局部的電場畸變，最終發(fā)生局部放電。

其他諸如絕緣子自身品質、雷擊過電壓等原因，也是可以引起盆式絕緣子發(fā)生擊穿放電，此處不再具體闡述。

2.2.2 應對措施

由于空氣中存在著導電顆粒和微小灰塵，就算嚴格執(zhí)行安裝工藝標準，也無法避免進入氣室，另外，前文所述，設備在運行過程中也會產生一些細小微粒，這些導電微粒都是不斷積累，不可避免的。雖然不可避免微粒的存在，但是可以對導電微粒進行監(jiān)測，以便及時處理，避免事故發(fā)生。另外，由于盆式絕緣子的故障率占GIS設備故障率的主導，由此大膽猜想盆式絕緣子本身可能存在結構設計的缺陷，或長期潛伏一些未能發(fā)現(xiàn)缺陷，從而導致其遭受較大過電壓或積累過多雜質微粒后發(fā)生故障。因而，積極探索盆式絕緣子的結構改進以及加強對盆式絕緣子的出廠檢測力度，在今后工作中顯得尤為重要。另外，在事故處理過程中氣室內的各類粉末進行分析，更有助于查找到切實的故障原因和故障點，以便更準確的分析事故，以防止類似事故發(fā)生。此外，還需加強GIS設備的過電壓保護工作，最大限度保護盆式絕緣子。

3 結 語

以兩起電力生產實際故障為例，通過對故障分析和處理過程的細致描述發(fā)現(xiàn)， GIS設備故障發(fā)生的原因包括生產安裝工藝、運行方式、客觀環(huán)境等等，是多方面的。因此，在生產過程中，還需加強GIS現(xiàn)場安裝工藝流程，確保在安裝中的任何環(huán)節(jié)均處于良好的可控可測狀態(tài)。加強GIS設備的日常運行狀態(tài)預警研究，探索研究GIS設備帶電預防性試驗的新方法，是相關人員今后工作的新方向。