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GIS（Gas Insulated Switchgear，簡稱GIS）由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、避雷器、母線、連接件和出線終端等組成，具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、可靠性高、配置靈活、安裝方便、安全性高、環(huán)境適應能力強等特點，被廣泛應用于高壓和超高壓領(lǐng)域。GIS 采用單元分體運輸，現(xiàn)場拼裝對接，完成總體裝配。為驗證GIS 設備整體絕緣性能，需在工程現(xiàn)場進行交接耐壓試驗，以防止絕緣事故的發(fā)生[1]。本文針對某變電站220 kV GIS 設備交接耐壓試驗時母聯(lián)間隔水平盆式絕緣子沿面閃絡現(xiàn)象，通過X射線探傷、表面著色、工頻耐壓及局放檢測等試驗，分析故障原因，并給出相應的預防措施。

一、現(xiàn)場情況

2019 年8 月18 日，對某變電站220 kV GIS 設備進行交接耐壓試驗。從1 號、2 號母線開始進行耐壓測試，在2 號主變壓器間隔套管處加壓，按照145kV（5min）→252kV（3min）→460kV（1min）的加壓流程，分相進行耐壓試驗。當A 相電壓升高至453kV時，檢測到放電信號并停止耐壓試驗。檢查發(fā)現(xiàn)，1 號母聯(lián)間隔A 相設置的放電故障定位測試傳感器指示燈異常發(fā)亮，初步判斷1號母聯(lián)間隔靜側(cè)A 相GR 型隔離接地開關(guān)下方的水平盆式絕緣子放電。1 號母聯(lián)間隔斷面如圖1 所示，圖中標識出了傳感器及放電位置。

圖1 1號母聯(lián)間隔斷面圖

二、檢查驗證

（一）現(xiàn)場檢查

2019 年8 月22 日，拆解1 號母聯(lián)間隔靜側(cè)A 相GR 型隔離接地開關(guān)及其與互感器之間的連接母線，發(fā)現(xiàn)隔離接地開關(guān)下方水平盆式絕緣子沿面閃絡。為不影響變電站送電投運，拆解后立即更換故障絕緣子并重新裝配隔離接地開關(guān)，于2019 年8 月24 日一次性通過耐壓試驗，之后正常帶電投運。故障絕緣子返設備廠家進行試驗驗證。

（二）試驗驗證

為分析本次故障原因，故障絕緣子返廠后依次進行如下試驗項目：

（1）X 射線探傷試驗。X 射線探傷是利用X 射線（也可以是γ 射線或其他高能射線）穿透金屬材料，由于材料對射線的吸收和散射作用不同，使膠片感光不一樣，在底片上形成黑度不同的影像，據(jù)此來判斷材料內(nèi)部缺陷的一種檢驗方法。利用X 射線可觀察、研究和檢驗材料微觀結(jié)構(gòu)，以及表面或內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷。

本次檢測采用HS-XYD-225 型X 射線探傷機。將故障絕緣子放入探傷機內(nèi)部，透照故障絕緣子閃絡位置及絕緣子整體。經(jīng)X射線檢測，未發(fā)現(xiàn)該盆式絕緣子內(nèi)部有氣泡、裂紋、夾渣等缺陷，表明該絕緣子質(zhì)量符合設計要求。

（2）絕緣子表面著色探傷試驗。X 射線探傷檢測后，對故障絕緣子進行了表面著色探傷試驗。該試驗是將溶有彩色染料（如紅色染料）的滲透劑滲入工件表面的微小裂紋中，清洗后涂吸附劑，使缺陷內(nèi)的彩色油液滲至表面，根據(jù)彩色斑點和條紋發(fā)現(xiàn)并判斷缺陷的方法，主要用來探測肉眼無法識別的裂紋等表面損傷[2]。

將經(jīng)過X 射線探傷后的絕緣子表面進行清理，擦拭表面閃絡痕跡，用清洗劑充分清洗閃絡表面，直至表面恢復清潔狀態(tài)，并等待清洗劑完全揮發(fā)，保持閃絡表面干燥。隨后，將著色劑均勻噴涂到絕緣子閃絡表面，經(jīng)過0.5h 的滲透浸潤后，用清洗劑將噴涂在表面的滲透劑清洗干凈，用干凈的白布擦干表面。最后，將顯像劑充分搖勻，保持150～300mm 距離對閃絡表面均勻噴涂，等待幾分鐘之后，檢查閃絡表面的顯示痕跡。亮光下檢查，在閃絡區(qū)域未發(fā)現(xiàn)點狀、線狀或圓狀等痕跡，表明該絕緣子無內(nèi)部裂紋、開裂等缺陷，絕緣子質(zhì)量符合標準要求。

（3）工頻交流耐壓及局放檢測。工頻交流耐壓試驗是對電氣設備絕緣施加高于其額定工作電壓一定值的工頻試驗電壓，并持續(xù)規(guī)定的時間（一般為lmin），觀察電氣設備絕緣是否發(fā)生擊穿或其他異常情況。通過交流耐壓試驗，可以發(fā)現(xiàn)很多絕緣缺陷，尤其是對集中性絕緣缺陷的檢查更為有效。

局部放電檢測可以確定電氣設備內(nèi)部是否存在放電現(xiàn)象并檢測放電是否超標，確定局部放電起始和熄滅電壓。通過局部放電檢測可發(fā)現(xiàn)其他絕緣試驗不能檢查出來的絕緣局部隱形缺陷及故障。

將故障絕緣子放入耐壓工裝，接入YWDQ 型全封閉無局放工頻試驗設備，逐步升壓至工頻耐壓值460kV，并按照460kV（保壓5min）→368kV（此電壓下局放值≤3PC）的測試流程，對故障絕緣子進行工頻耐壓及局放檢測。測試過程中，絕緣子無放電、閃絡、擊穿現(xiàn)象，降至368kV 時局放值為2.21PC，測試結(jié)果顯示該絕緣子的電氣絕緣性能符合標準要求。

三、故障原因分析

從解體后對故障絕緣子的試驗結(jié)果來看，盆式絕緣子本身沒有缺陷，符合標準和設計要求，故可排除絕緣子產(chǎn)品質(zhì)量導致本次事故的可能性。經(jīng)分析，故障盆式絕緣子所在的GR 型隔離接地開關(guān)屬于一個單獨的裝配單元，該裝配單元在出廠前已嚴格按照GB/T11022—2011《高壓開關(guān)設備和控制設備標準的共用技術(shù)要求》標準，完成主回路、輔助和控制回路的絕緣試驗，回路電阻的測量，密封試驗等項目，試驗結(jié)果符合國家標準要求，故可排除廠內(nèi)裝配質(zhì)量導致本次事故的可能性。

排除絕緣子產(chǎn)品質(zhì)量和廠內(nèi)裝配質(zhì)量問題后，結(jié)合裝配單元運輸形式和現(xiàn)場裝配情況，基本可推測本次事故的主要原因為現(xiàn)場裝配質(zhì)量問題。裝配單元在運輸過程中不斷受到顛簸作用，裝配單元內(nèi)部夾縫中的異物掉落出來，或者現(xiàn)場裝配過程中外界環(huán)境中的異物飄落并附著在隔離接地開關(guān)裝配單元的水平絕緣子上表面。交接驗收試驗過程中，該異物使得水平絕緣子表面絕緣異常，最終導致絕緣子放電閃絡[3]。

該變電站所用220 kV GIS 均采用單元裝配、分體運輸?shù)姆绞剑O備廠家在廠內(nèi)按不同裝配單元進行組裝、試驗、封裝，再將各裝配單元固定在運輸支架上，由貨車運輸至工程現(xiàn)場。由于路途遙遠，路況復雜，存在單元內(nèi)部夾縫中的異物（如鋁屑等金屬異物）因顛簸受力而掉落的可能性。在現(xiàn)場安裝過程中，現(xiàn)場安裝人員清理不徹底，導致金屬異物在現(xiàn)場充氣過程中，隨氣流漂落至該單元最下方的水平絕緣子上表面?，F(xiàn)場耐壓試驗時，異物的存在導致絕緣子上表面電場畸形，降低了絕緣子表面的閃絡電壓，從而引起絕緣閃絡故障。

此外，裝配單元整體運輸至工程現(xiàn)場后需要拆解封板，清理罐體內(nèi)壁，之后各單元再進行對接安裝，故存在外界環(huán)境中的異物進入設備內(nèi)部的可能性，尤其是在現(xiàn)場環(huán)境較為惡劣的情況下。經(jīng)查證，該工程安裝時間在2019 年6 月中旬至8 月初，安裝時間緊，雨水、自由顆粒、蚊蟲等較多，蚊蟲、自由顆粒等異物進入罐體內(nèi)部的可能性較大。由于罐體內(nèi)部存在清理盲區(qū)，現(xiàn)場安裝人員無法徹底清理干凈，在最后充SF6氣體的過程中，自由顆粒被吹至水平絕緣子上表面。在耐壓試驗過程中，隨電壓不斷升高，自由顆粒在電場力作用下發(fā)生極化現(xiàn)象，變成附著在絕緣子表面的“金屬毛刺”，改變了絕緣子表面的電場分布，降低了絕緣子的絕緣性能。當電壓升高至453kV 時，產(chǎn)生尖端放電，并最終在絕緣子表面發(fā)展為沿面閃絡。

四、措施與建議

截至目前，已發(fā)生多起現(xiàn)場裝配質(zhì)量問題導致的組合電器絕緣故障。因此，為進一步保證設備的安全可靠運行，現(xiàn)場安裝過程中應不斷完善裝配工藝。

（1）現(xiàn)場安裝過程中，提高安裝工藝，通過不斷加強安裝人員的職業(yè)技能培訓，提高員工素質(zhì)和技能水平，減少人為因素導致的風險；現(xiàn)場清理過程中，設置防塵棚，在防塵棚內(nèi)清理、安裝各裝配單元，防止異物進入單元內(nèi)部；現(xiàn)場安裝過程中，采取有效措施改善安裝環(huán)境。例如在清理完安裝單元后，用塑料罩衣罩住罐體法蘭開口，防止異物隨風進入單元內(nèi)部[4]。

（2）裝配總裝環(huán)節(jié)質(zhì)量控制建議：重視GIS 制造工藝的各環(huán)節(jié)審查，嚴格控制各工序質(zhì)量，提高設備的制造質(zhì)量；嚴格GIS 設備現(xiàn)場安裝、調(diào)試的質(zhì)量管理，并按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程對設備進行逐一排查，發(fā)現(xiàn)微小的異常均應引起足夠重視；除運行中通過各種離線和在線試驗檢測設備及時掌握GIS 設備的運行狀態(tài)外，在設備裝配總裝試驗環(huán)節(jié)更要加強每一道工序的質(zhì)量控制，把缺陷隱患消除在設備投運前，避免運行中造成重大的停電經(jīng)濟損失[5]。

（3）運行維護中采取的措施：為保證經(jīng)過故障處理后設備安全可靠穩(wěn)定運行，不再因此類缺陷隱患導致發(fā)生設備故障停電造成重大的經(jīng)濟損失，在運行維護中應加強GIS各部件運行數(shù)據(jù)巡檢分析，主要是加強運行中設備有無異常放電聲音、各氣室SF6 氣室壓力是否在正常范圍、各項電壓電流是否平衡，以及應用GIS 局部放電檢測技術(shù)加強運行中局部放電的檢測[6]，如有異常應立即安排處理，避免缺陷的進一步擴大，造成跳閘停電損失重大。

五、結(jié)束語

綜上，GIS 電氣設備以運行可靠性高、檢修維護工作量小、故障發(fā)生率低等優(yōu)點在電力系統(tǒng)中得到廣泛應用，但GIS—旦發(fā)生故障，其檢修拆卸工作量大、停電時間長，嚴重影響正常供送電。上文針對某220 kV GIS 設備現(xiàn)場交接耐壓試驗異常情況，通過現(xiàn)場解體、返廠試驗驗證，分析了GR 型隔離接地開關(guān)內(nèi)部盆式絕緣子的閃絡原因，并對現(xiàn)場安裝過程提出了措施與建議，以提高裝配質(zhì)量，確保送電的安全性。