一起110kVGIS设备相间短路故障原因分析赵绍亮

赵绍亮

（国网冀北电力有限公司唐山供电公司河北唐山063000）

摘要：随着城市建设的快速发展，电力需求越来越大，SF6气体绝缘全封闭组合电器（Gasinsulatorswitchgear，GIS）成为变电站设备的重要组成部分。GIS具有占地面积小、受环境干扰低、不易产生噪音和无线电干扰、可靠性高、检修周期长、维护工作量少等优点，受到各地电力部门的亲睐。但是随着GIS设备的大量投入使用，暴露出来的问题也越来越多：当GIS发生故障后，准确判断故障点及检修较为困难；处理故障时的停电范围比常规敞开式设备大；设备检修时间长。因此GIS设备发生故障后，如何准确判断故障位置及故障类型，提出有针对性的检修方法尤为重要。因此在本文之中，主要是针对了110kVGIS设备相间短路故障原因进行了全面的分析，同时也是在这个基础之上提出了下文之中的一些内容，希望能够给予在相同行业之中进行工作的人员提供出一定价值的参考。

关键词：110kV；GIS设备；短路故障；原因分析

1导言

高压组合电器（GIS/HGIS）具有体积小、占地面积少、易于安装、受外界环境影响小、运行安全可靠、配置灵活、维护简单、检修周期长等特点，在变电站中应用广泛，其将断路器、隔离开关、互感器、避雷器等元件直接联结在一起，并全部封闭在接地的金属外壳内，集成为一体的成套开关设备。随着GIS设备的广泛运用，在运行过程中越来越多的问题逐渐显现，其中绝缘故障已成为影响GIS设备安全稳定运行的最重要的因素之一。本文针对一起110kVGIS设备隔离开关气室相间短路故障进行分析，通过对GIS设备故障气室进行现场解体检查，利用X光无损检测、玻璃化转变温度检测以及密度检测等手段，明确此次故障是由GIS设备安装环境控制不良引起的，并针对该问题提出了相应的预控措施，对提高GIS隔离开关运行可靠性具有一定的指导意义，所以相关工作人员必须要对其引起高度的重视。

2故障原因分析

隔离开关气室发生绝缘故障前，系统无操作、无恶劣天气、无过电压、保护装置及系统无异常，因此可排除放电故障是由外部原因引起。初步推断导致隔离开关气室A、B相间绝缘棒绝缘击穿的原因为：（1）绝缘棒自身缺陷引起的放电。因产品质量不良、固化工艺不良导致绝缘棒内存在气泡、杂质，这使得绝缘棒在运行过程出现局部放电现象，导致绝缘劣化，从而发生相间短路故障。（2）绝缘棒表面吸附灰尘杂质引起的沿面放电。绝缘棒表面吸附灰尘杂质主要是由于厂内安装或现场安装工艺控制不良所致，气室内的灰尘杂质在强电场作用下，逐渐形成放电通道，从而引发相间短路故障。下面通过X光检测、玻璃化转变温度试验以及密度检测等方法对绝缘棒断裂原因进行逐一排查分析。

2.1X光检测试验X光检测技术

主要是利用X射线将物品曝光后，将其图像在显示器上显现出来。目前X光检测技术作为发现绝缘件内部是否存在气泡、裂缝以及金属丝等缺陷的一种有效手段，已广泛应用于GIS设备绝缘件内部缺陷的检测中。因此，采用X光对隔离开关B、C相间绝缘棒进行检测，可发现绝缘棒内部是否存在裂纹或气泡等缺陷。通过不同角度对该绝缘棒进行X光检测，未发现绝缘棒存在明显裂纹、气泡等缺陷，因此必须要对其能够引起高度的重视。

2.2玻璃化转变温度检测

绝缘棒是一种高分子材料，而玻璃化转变是其一种固有属性，玻璃化转变对应的温度，即为玻璃化温度。通过对玻璃化温度的检测，可发现绝缘棒的形变与温度的关系，根据玻璃化温度是否满足厂家要求，可判断绝缘棒固化工艺是否存在问题。根据GB/T22567—2008《电气绝缘材料测定玻璃化转变温度的试样方法》，对绝缘棒进行取样，并分别将样品按1-4进行编号。由于目前针对绝缘棒玻璃化转变温度没有统一标准，故检测结果的判断依据采用厂家内控标准。绝缘棒生产厂家给出的玻璃化转变温度为90℃，因此除1号试品较厂家标准偏低0.7℃，其它试品检测结果均满足厂家要求，但考虑实际存在的测量误差，认为绝缘棒的玻璃化温度符合厂家要求。

2.3密度检测

根据GB/T4472—1984《化工产品密度、相对密度测定通则》，对绝缘棒取样后进行密度检测。由于目前针对绝缘棒密度没有统一标准，故检测结果的判断依据采用厂家内控标准（密度差≤0.2g/cm3）。通过对隔离开关B、C相间绝缘棒进行X光、玻璃化转变温度以及密度检测，结果并未发现绝缘棒存在内部缺陷和固化工艺不良问题。因此，绝缘棒发生绝缘击穿与绝缘棒自身质量无关。事实上，根据运行经验，绝缘棒表面吸附灰尘杂质可能造成绝缘棒沿面放电，而持续的局部放电会造成绝缘棒发生绝缘故障。因此分析认为，隔离开关气室在厂内安装或现场安装时，存在安装环境清洁度控制不良或充气时充气管路不清洁的情况，从而造成该隔离开关气室内清洁度降低，运行后在电场作用下，灰尘或杂质逐渐聚集在A、B相间绝缘棒上，引起短路故障，造成第1次跳闸，在短路电流的作用下，绝缘棒因电弧高温局部发热从而导致裂纹产生，第2次自动重合闸时故障电流使绝缘棒裂纹加剧，在第3次试送电时，故障电流使绝缘棒完全炸裂。根据上述分析，认为现场安装过程中环境控制不良，或充气管路不清洁造成灰尘杂质进入气室内，是造成此次GIS绝缘故障的主要原因，所以必须要对其能够引起高度的重视。

3对策及建议

本文通过对一起110kVGIS设备隔离开关气室绝缘故障进行分析，认为在设备组装过程中对环境控制不严，导致灰尘杂质进入气室内，是造成该起GIS绝缘故障的主要原因。为避免此类故障再次发生，应做到以下几点：（1）对于厂内组装的GIS部件，应加强品控工作，尤其是加强设备绝缘试验（如耐压试验、局放试验以及雷电冲击试验）的考核。品控工作经验表明，绝缘试验结果能够反映GIS设备厂内组装工艺以及安装环境控制缺陷。（2）对于GIS设备现场安装工作，设备厂家应明确施工环境及安装工艺要求，且在施工过程中要严格执行工艺要求，使之符合技术条件及相关标准。在产品安装环节，确保导体、屏蔽罩及绝缘子表面彻底清理干净，使产品安全可靠。（3）在GIS设备运维过程中，采用超声波以及超高频法，加强局部放电测试工作，多方位对GIS设备进行排查，已达到提前发现设备隐患的目的，保证设备安全稳定运行。

4结论

通过对此次故障的分析，提出以下几点建议：1）环氧树脂材质的吸附剂罩是导致此次故障发生的隐患，这说明部分厂家在材料选型时考虑不周全。为了避免再次出现这种情况，建议将吸附剂罩的材质由环氧树脂更换成金属。2）故障间隔气室中其他吸附剂罩虽然没有掉落，但也存在不同程度的裂纹，建议及时对站内所有吸附剂罩进行更换处理，并对广西电网其它采用与该变电站相同厂家、相同批次产品的变电站进行排查，消除该隐患。3）由于GIS为全封闭组合电器，其内部设备材质的质量尤为重要，应督促制造厂在产品制造阶段严把质量关，加强设备现场安装及交接时的质量管控。4）在日常工作中应加强对运行中的GIS设备的局部放电检测，及早发现设备隐患或缺陷，确保电网安全稳定运行，更好的促进电力企业自身的经济水平可以得到全面的提高。

参考文献：

[1]黄辉敏，苏毅.一起110kVGIS设备相间短路故障原因分析[J].广西电力，2017，40（01）：52-55.[2017-09-11].

[2]陈利飞.一起PT二次接线错误引起的GIS设备爆炸事故[J].电力安全技术，2008，（10）：34-35.[2017-09-11].

[3]黄金剑，杨宝琨.一起110kVGIS三相短路故障的原因分析[J].广西电力，2014，37（02）：65-67.[2017-09-11].

[4]陈军旗.110kVGIS出线间隔气室内部短路分析及防范[J].电世界，2014，55（08）：23.[2017-09-11].

[5]施学乔.500kVGISSF_6断路器结构及其原理[J].上海电力，1994，（04）：25-27.[2017-09-11].