謝江平

（新疆伊河電力有限責(zé)任公司，新疆 伊寧835400）

隨著社會(huì)的進(jìn)步，我國(guó)的科技創(chuàng)新事業(yè)得到迅速發(fā)展，GIS設(shè)備廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、水利工程等領(lǐng)域，但仍處于創(chuàng)新應(yīng)用的探索期。GIS 設(shè)備具有體積小、技術(shù)可靠性高、不受外在因素干擾、危險(xiǎn)性低、設(shè)備運(yùn)行周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但不同事物都存在兩面性，GIS 設(shè)備也存在著一些缺陷，比如GIS 是一個(gè)全封閉性的電組合設(shè)備，無(wú)法通過(guò)感官推測(cè)故障出現(xiàn)的原因。其次設(shè)備的體積比較小，安裝時(shí)十分緊湊，運(yùn)行過(guò)程中內(nèi)部的零件損壞會(huì)波及到其他部分，影響向外擴(kuò)散，最終使設(shè)備整體遭到損壞。本文以新疆吉林化二級(jí)水電站220 kVGIS 設(shè)備局部放電故障為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)專家勘察，分析其發(fā)生故障的原因，進(jìn)而總結(jié)GIS 設(shè)備局部放電故障發(fā)生的全部原因，提出GIS 設(shè)備局部放電的解決對(duì)策和預(yù)防措施。

1 新疆吉林化二級(jí)水電站GIS 設(shè)備局部放電故障概況

新疆吉林化二級(jí)水電站GIS 一期設(shè)備是ZF9-252 產(chǎn)品，額定電壓220 kV，額定電流2000A，為三個(gè)間隔的單母線結(jié)構(gòu)，在2009 年，設(shè)備安裝完畢投入運(yùn)行，二期設(shè)備在2013 年擴(kuò)建，共四個(gè)間隔），該產(chǎn)品在運(yùn)行期間未進(jìn)行過(guò)例行維修和大修。在2017 年10 月4 日，該設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，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(dǎo)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(dǎo)體與隔離開(kāi)關(guān)靜側(cè)絕緣盆子連接處燒損較嚴(yán)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(shù)人員分析在維修拆卸過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)緊固件松動(dòng)，可排除內(nèi)部裝配不當(dāng)引起的絕緣故障。在現(xiàn)場(chǎng)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(dǎo)致放電，但是，假如氣室漏氣壓力降低，工作后臺(tái)會(huì)接收到報(bào)警信號(hào)。此外，氣室壓力降低至報(bào)警壓力值時(shí)GIS 設(shè)備仍可以正常運(yùn)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(jìn)一步分析可能是氣室存在異物，導(dǎo)致局部放電故障。異物可能的來(lái)源是：①現(xiàn)場(chǎng)一期設(shè)備對(duì)接安裝時(shí)操作不嚴(yán)、控制不當(dāng)，未嚴(yán)格按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，導(dǎo)致氣室內(nèi)部帶入異物。此外，在現(xiàn)場(chǎng)組裝對(duì)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(jìn)入氣室內(nèi)部。②根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋，二期設(shè)備由泰開(kāi)公司2013 年擴(kuò)建4 個(gè)間隔。從擴(kuò)建現(xiàn)場(chǎng)情況看，泰開(kāi)公司對(duì)此次放電的母線氣室進(jìn)行過(guò)開(kāi)蓋處理，在開(kāi)蓋處理結(jié)束后恢復(fù)時(shí)，未嚴(yán)格遵守工藝要求，導(dǎo)致缺陷存在于氣室內(nèi)部，造成設(shè)備局部放電故障。綜上分析，如何解決GIS 設(shè)備局部放電問(wèn)題，是當(dāng)前急需研究的重要課題。

圖2 故障現(xiàn)場(chǎng)形態(tài)圖

2 GIS 設(shè)備局部放電故障分析

在長(zhǎng)時(shí)間的工作中，GIS 設(shè)備內(nèi)部很容易出現(xiàn)故障，由于該設(shè)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(fèi)用昂貴[1]，特別是局部放電故障，局部放電會(huì)損壞GIS 設(shè)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(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，在達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)擊穿絕緣，造成設(shè)備短路，進(jìn)而停止工作[2]。一旦故障發(fā)生將會(huì)給水電工程造成極大地?fù)p失。造成局部放電的原因有多種，比如設(shè)備材料質(zhì)量劣質(zhì)、設(shè)備安裝不符合標(biāo)準(zhǔn)、微塵異物進(jìn)入等，針對(duì)此種故障，應(yīng)對(duì)其原因進(jìn)行細(xì)致分析。

（1）設(shè)備材料劣質(zhì)

材料把關(guān)不嚴(yán)謹(jǐn)，外購(gòu)的絕緣件配件質(zhì)量參差不齊，其清潔度與標(biāo)準(zhǔn)有差異。母線氣室內(nèi)有超過(guò)允許長(zhǎng)度范圍的自由金屬體，包括導(dǎo)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(guò)程中造成的，導(dǎo)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(dǎo)電微粒，進(jìn)而造成故障。

（2）安裝標(biāo)準(zhǔn)不符規(guī)定

在安裝時(shí)，未按照正規(guī)的程序標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在連接電極表面處未進(jìn)行徹底的清理，存在表面劃傷痕跡、安裝位置錯(cuò)誤、電極錯(cuò)位、密封不嚴(yán)等情況。

（3）微塵異物的進(jìn)入

主要是由于組裝條件有限，沒(méi)有徹底清除GIS 設(shè)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(yán)重，極易引起局部放電，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備故障。此外，由于工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較惡劣，有微塵異物等雜質(zhì)進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。

（4）設(shè)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(shè)備振動(dòng)及過(guò)熱，降低GIS 設(shè)備的絕緣性能，導(dǎo)致局部放電。此外，傳導(dǎo)部分接觸不良也可能導(dǎo)致局部放電，如靜電屏蔽和其它浮動(dòng)部件等。

（5）氣室漏氣

氣室漏氣將導(dǎo)致絕緣性能下降，造成絕緣擊穿，進(jìn)而導(dǎo)致放電故障發(fā)生。

（6）絕緣子缺陷

絕緣子缺陷在出廠時(shí)不會(huì)出現(xiàn)，一般在運(yùn)輸和安裝過(guò)程中造成損傷[3]，部分缺陷最初是無(wú)害的，但在機(jī)械振動(dòng)及靜電力的作用下會(huì)發(fā)生輕微移動(dòng)，具有潛在隱患。絕緣子表面的缺陷會(huì)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(jìn)而擊穿。此外，由于環(huán)氧樹(shù)脂和金屬電極的收縮系數(shù)不同，在實(shí)際中形成氣泡或空隙，這類絕緣缺陷也可能在GIS 設(shè)備中產(chǎn)生局部放電，絕緣體中長(zhǎng)時(shí)間局部放電會(huì)腐蝕絕緣材料，嚴(yán)重者將導(dǎo)致絕緣擊穿。

（7）其他原因的影響

GIS 設(shè)備在運(yùn)輸和搬運(yùn)過(guò)程中，由于機(jī)械振動(dòng)及組件的互相摩擦等外力，使得設(shè)備緊固件松動(dòng)、元件損傷導(dǎo)致局部放電。

（8）外部原因的影響

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

3 GIS 設(shè)備局部放電對(duì)策研究

GIS 設(shè)備對(duì)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(shè)備的安裝和測(cè)試、后期檢測(cè)等過(guò)程中均應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督，務(wù)必落實(shí)好各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量關(guān)。

3.1 加強(qiáng)設(shè)備的質(zhì)量監(jiān)督

設(shè)備在出廠前，必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)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(duì)于特殊的元件，例如絕緣件的制作，在加工時(shí)應(yīng)做特殊加工。此外，務(wù)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(jìn)行多級(jí)檢查，并做好檢查記錄，上道工序未達(dá)標(biāo)，堅(jiān)決不進(jìn)行下道工序。對(duì)于出售的設(shè)備，進(jìn)行定期檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，立即停止作業(yè)，查明原因及時(shí)解決。

（2）重視技術(shù)創(chuàng)新，加大管理力度，制訂相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，加強(qiáng)工作人員的安全意識(shí)，促使其盡職盡責(zé)，保證設(shè)備的合格率。加強(qiáng)技術(shù)人員交流，在處理重大故障時(shí)，由多人共同商榷，集思廣益，全面考慮，制訂出可行的對(duì)策，同時(shí)聘請(qǐng)業(yè)內(nèi)的專家教授進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，學(xué)習(xí)更多的新方法、新技術(shù)。

3.2 加強(qiáng)管理監(jiān)督

（1）加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)力度，在運(yùn)行作業(yè)過(guò)程中及時(shí)檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決。在檢修時(shí)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，打開(kāi)氣室，回收氣體，及時(shí)用氮?dú)鉀_洗，同時(shí)室內(nèi)應(yīng)足夠通風(fēng)，保證人身安全。

（2）在設(shè)備安裝時(shí)，盡量多留出活動(dòng)空間，保證后期檢查檢測(cè)及故障后維修的順利進(jìn)行。

（3）據(jù)調(diào)查GIS 設(shè)備在運(yùn)行的第一年的故障率較高，之后逐漸降低，因此在安裝設(shè)備的第一年必須增加檢查頻率，加大巡查力度。由于隔離開(kāi)關(guān)故障發(fā)生較為頻繁，應(yīng)將其作為重點(diǎn)檢測(cè)設(shè)備，同時(shí)及時(shí)檢測(cè)氣室壓力的變化，以保證氣室密封性良好。

3.3 建設(shè)檢測(cè)系統(tǒng)

GIS 設(shè)備整體金屬密封，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)難以定位，在運(yùn)行時(shí)無(wú)法掌握其內(nèi)部狀況[4]，此外它的內(nèi)部元件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一個(gè)元件的故障很容易波及周圍元件，擴(kuò)大故障范圍，進(jìn)而影響整個(gè)設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，對(duì)GIS 設(shè)備故障進(jìn)行早期預(yù)測(cè)和預(yù)防十分重要。目前，局部放電檢測(cè)的方法包括：電測(cè)法（脈沖電流法、超高頻法）和非電測(cè)法（超聲波監(jiān)測(cè)法、光學(xué)監(jiān)測(cè)法、化學(xué)監(jiān)測(cè)法）[5]。

（1）脈沖電流法，又稱耦合電容法。此方法操作簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)；但是在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，由于外殼上的電容電極耦合探測(cè)局放信號(hào)與多種噪聲混和在一起，無(wú)法識(shí)別，這一缺陷限制了該方法在實(shí)際中的推廣。

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

（3）超聲波監(jiān)測(cè)法。當(dāng)GIS 設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生局部放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)和聲音，通過(guò)腔體外壁上安裝的超聲波傳感器檢測(cè)局部放電[6]，此方法是目前比較成熟的監(jiān)測(cè)方法，它可以抵抗電磁干擾，但是，其聲音信號(hào)在通過(guò)不同介質(zhì)時(shí)的傳播速率不同，而且會(huì)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(yàn)，同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)需要較多傳感器，實(shí)際使用不太方便。

（4）化學(xué)監(jiān)測(cè)法。通過(guò)分析GIS 設(shè)備中局部放電所產(chǎn)生氣體生成物的濃度變化來(lái)確認(rèn)局部放電的程度，但是GIS 設(shè)備中存在大量吸附劑和干燥劑，這些物質(zhì)會(huì)影響化學(xué)檢測(cè)，因此用化學(xué)方法監(jiān)測(cè)的靈敏度不穩(wěn)定。此外，該方法在實(shí)際應(yīng)用中不能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)。

（5）光學(xué)監(jiān)測(cè)法。此儀器內(nèi)部的光電倍增器可以監(jiān)測(cè)到一個(gè)光子的發(fā)射，但是射線容易被SF6 氣體吸收，進(jìn)而無(wú)法監(jiān)測(cè)。該方法監(jiān)測(cè)已知位置的放電部位比較有效，同時(shí)GIS 設(shè)備內(nèi)壁光滑使得該儀器靈敏度不高。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，GIS 設(shè)備在水電工程建設(shè)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(shè)備應(yīng)用普及的主要問(wèn)題之一。本文通過(guò)對(duì)GIS 設(shè)備局部放電的分析，提出防患局部放電故障的對(duì)策，對(duì)實(shí)際運(yùn)行、維修工作具有一定的參考價(jià)值。對(duì)于運(yùn)行期間發(fā)生的故障，應(yīng)找準(zhǔn)原因，及時(shí)采取相應(yīng)措施解決，避免產(chǎn)生嚴(yán)重的事故；在平常應(yīng)加大對(duì)設(shè)備的檢修力度，積極摸索新型的檢測(cè)手段，對(duì)于設(shè)備的安全運(yùn)行及水電工程的發(fā)展具有重要的意義。