GIS故障分析和檢修技術(shù)探討

張善

摘要：GIS設(shè)備是保證變電站安全運(yùn)行的關(guān)鍵部件，其自身的故障可能對(duì)電力企業(yè)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和大面積停電。文章主要分析了GIS設(shè)備的常見(jiàn)故障，并對(duì)GIS設(shè)備的檢修工藝進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：GIS;SF6;檢修;抽真空

0前言

由于GIS設(shè)備具有電氣性能穩(wěn)定、技術(shù)先進(jìn)、占地面積小、維護(hù)簡(jiǎn)單等方面的特點(diǎn)，已得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，但隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，GIS設(shè)備發(fā)生故障的次數(shù)也變得頻繁，如果發(fā)生故障，不僅檢修時(shí)間較長(zhǎng)，而且相比較常規(guī)電氣設(shè)備，其檢修影響的范圍也較大，可能對(duì)電力企業(yè)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和大面積停電。所以提高GIS設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，制定完善的檢修計(jì)劃，加強(qiáng)日常巡檢試驗(yàn)，顯得尤為必要。本文以日本三菱電機(jī)株式會(huì)社的500kV GIS為例對(duì)GIS設(shè)備的故障和檢修技術(shù)進(jìn)行探討和分析。

1近年來(lái)GIS設(shè)備發(fā)生的故障或事故的案例

近年來(lái)隨著GIS設(shè)備的廣泛應(yīng)用，各種故障的發(fā)生率也隨之增高，三菱公司對(duì)近年發(fā)生的GIS設(shè)備故障進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析，認(rèn)為發(fā)生故障的設(shè)備大都是由于超期未檢修造成的。

案例一：某核電公司550kV GIS L5串開(kāi)關(guān)于2003年投運(yùn)，2016年初實(shí)施大修，開(kāi)關(guān)氣室開(kāi)蓋檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)斷路器動(dòng)、靜弧觸頭磨損嚴(yán)重，已超出允許值，隨時(shí)可能在其后某次開(kāi)斷電流操作中，因斷路器無(wú)法開(kāi)斷額定負(fù)荷電流或短路電流而燒毀，進(jìn)而影響電廠正常運(yùn)行。

案例二：香港某變電站 132kV GIS，2003年斷路器在開(kāi)斷負(fù)荷電流時(shí)發(fā)生閃絡(luò)，造成開(kāi)關(guān)設(shè)備嚴(yán)重毀損。

案例三：迪拜某變電站 145kV GIS，1998年開(kāi)始投運(yùn)，由于開(kāi)關(guān)彈簧操作機(jī)構(gòu)內(nèi)螺栓松動(dòng)，引起開(kāi)關(guān)不完全合閘，最終導(dǎo)致發(fā)生閃絡(luò)事故。

案例四：國(guó)內(nèi)某變電站500kV H-GIS于2007年底投運(yùn)，技術(shù)人員在檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)氣室防爆膜破裂。防爆膜破裂分析結(jié)果是，由于變電站周?chē)h(huán)境的影響，導(dǎo)致了防爆膜生銹，加速了材質(zhì)老化，降低了防爆膜正常破裂承受壓力。如果沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，氣室SF6氣體壓力低報(bào)警故障未及時(shí)報(bào)警，而斷路器繼續(xù)運(yùn)行，會(huì)因?yàn)闅馐襍F6氣體過(guò)低，絕緣破壞，嚴(yán)重情況下甚至?xí)绊憯嗦菲鞯陌踩?，存在斷路器受損的風(fēng)險(xiǎn)。

案例五：南美阿根廷某變電站 525kV GIS于2005年檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)處有大量由于摩擦生成的粉末，由于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取了清掃、動(dòng)作確認(rèn)等措施，避免了由于操作機(jī)構(gòu)拉桿磨耗，可能導(dǎo)致的開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)不動(dòng)作等事故。

2 GIS設(shè)備常見(jiàn)故障分析

GIS設(shè)備常見(jiàn)故障有氣體泄漏、操作機(jī)構(gòu)故障、電氣元器件故障、氣室內(nèi)部故障等，具體分析如下：

2.1由于密封件老化引起的故障

環(huán)境對(duì)密封件的壽命影響比較大，因?yàn)殡S著密封墊圈的劣化，橡膠材質(zhì)的彈性降低，會(huì)造成SF6氣室密封性能下降，SF6氣體泄漏，泄漏的同時(shí)，外部的水汽會(huì)滲透到氣室，致使SF6氣體的含水量增加，絕緣性能下降，SF6氣體含水量高是造成絕緣子或其他絕緣部件閃絡(luò)的主要原因。水分也會(huì)因此滲透、侵入LCP和開(kāi)關(guān)操作裝置機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，導(dǎo)致箱內(nèi)電氣元器件的絕緣性能降低、生銹，開(kāi)關(guān)設(shè)備不能正常動(dòng)作，導(dǎo)致設(shè)備正常運(yùn)行中存在風(fēng)險(xiǎn)。

2.2由于電氣元器件老化引起的故障

隨著投運(yùn)時(shí)間延長(zhǎng)，由于材質(zhì)老化或受損導(dǎo)致的密封部件的密封性能下降，繼電器內(nèi)部連接點(diǎn)損傷以及螺絲接頭處生銹等現(xiàn)象的發(fā)展，必然導(dǎo)致繼電器性能失效，進(jìn)而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)不能正常動(dòng)作，給設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3斷路器氣室內(nèi)部故障

斷路器動(dòng)、靜弧觸頭及噴嘴的磨損程度直接影響開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷電流性能。由于該部分安裝于GIS密封充氣罐體內(nèi)，無(wú)法通過(guò)罐體表面了解其狀態(tài)。需在在大修期間對(duì)斷路器噴嘴和動(dòng)、靜弧觸頭進(jìn)行清掃并確認(rèn)磨耗狀態(tài)。若經(jīng)確認(rèn)，弧觸頭超過(guò)了磨損允許值，就必須相應(yīng)更換觸頭，否則斷路器可能在開(kāi)斷短路電流甚至額定負(fù)載時(shí)引發(fā)閃絡(luò)，造成嚴(yán)重質(zhì)量事故。

2.4斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、快速接地開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)故障

在設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行操作過(guò)程中，由于以上各重要開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱密封件的老化，可能導(dǎo)致操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部電氣元器件劣化，從而可能導(dǎo)致斷路器及各開(kāi)關(guān)的電動(dòng)操作功能失效。同時(shí)隨著電氣元器件劣化現(xiàn)象的發(fā)生、加劇，可能還會(huì)導(dǎo)致其它與聯(lián)鎖功能相關(guān)的輔助開(kāi)關(guān)連接部位生銹。GIS設(shè)備也存在斷路器及開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)連桿松動(dòng)，導(dǎo)致斷路器及開(kāi)關(guān)無(wú)法分合到位的情況，給設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患的現(xiàn)象。

所以各GIS設(shè)備制造商都對(duì)檢修周期提出了具體的要求，作為GIS設(shè)備制造商的日本三菱公司，根據(jù)對(duì)自己生產(chǎn)設(shè)備常年運(yùn)行的了解和維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，建議110kV-550kV組合電器設(shè)備的檢修周期，都遵循6年一點(diǎn)檢，12年一大修的共同原則，對(duì)密封件要求每隔12年就應(yīng)進(jìn)行一次更換，繼電器以及油泵上的電器開(kāi)關(guān)最長(zhǎng)不超過(guò)15年應(yīng)進(jìn)行一次更換，12年大修期間對(duì)斷路器噴嘴和動(dòng)、靜弧觸頭進(jìn)行清掃并確認(rèn)磨耗狀態(tài)。三菱公司認(rèn)為只要按照GIS設(shè)備制造商的要求進(jìn)行定期檢修和維護(hù)，設(shè)備使用壽命可以超過(guò)保證的30年的設(shè)計(jì)壽命。迄今，仍在運(yùn)行的三菱GIS設(shè)備中使用壽命有長(zhǎng)達(dá)50余年的。

3斷路器滅弧室開(kāi)蓋檢修工藝探討

斷路器滅弧室開(kāi)蓋檢查是整個(gè)GIS檢修工作的重點(diǎn)，滅弧室檢查應(yīng)選擇空氣相對(duì)濕度小于80%進(jìn)行作業(yè)，主要應(yīng)注意以下工藝要求：

4.1回收斷路器氣室SF6氣體壓力至負(fù)壓，回收斷路器氣室兩側(cè)的氣室SF6氣體壓力至0.2MPa以下;這主要是為了減少斷路器兩側(cè)盆式絕緣子承受的壓力，防止盆式絕緣子破裂;如果兩側(cè)氣室不降半壓，斷路器兩側(cè)盆式絕緣子將承受0.5MPa壓力。

4.3打開(kāi)斷路器外殼上的通風(fēng)蓋板和頂蓋板，測(cè)量斷路器內(nèi)氧氣濃度超過(guò)19.5%后開(kāi)始檢修工作，由于斷路器屬于有限空間，進(jìn)入內(nèi)部工作時(shí)需做好防護(hù)措施。

4.4檢修工作結(jié)束后，需對(duì)氣室進(jìn)行抽真空，抽真空是開(kāi)關(guān)開(kāi)蓋檢修的重要環(huán)節(jié)，目的是降低開(kāi)關(guān)氣室內(nèi)部的微水含量，并作為一種對(duì)SF6氣室定性檢漏的方法。在實(shí)際操作時(shí)，常由于一些誤操作，使斷路器氣室受損或返修。

《高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備六氟化硫氣體密封試驗(yàn)方法》GB11023-2018和《氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備運(yùn)行及維護(hù)規(guī)程》DL/T603-2017中對(duì)抽真空順序和技術(shù)要求作了明確規(guī)定：

（1）真空度達(dá)到133Pa開(kāi)始計(jì)時(shí)，維持真空泵運(yùn)行至少在30分鐘以上。

（2）停真空泵后，使泵與氣室隔離，靜止30分鐘后才能讀取真空度A。

（3）再靜觀5小時(shí)后，讀取真空度B，當(dāng)B-A≤67Pa時(shí)合格，否則需檢查泄漏點(diǎn)。

4.5復(fù)測(cè)真空度合格后可回充SF6氣體，充至額定氣壓后氣室靜置24小時(shí)后檢測(cè)SF6氣體含水量不超過(guò)150ppm，純度不低于97%。

4結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了GIS設(shè)備常見(jiàn)的故障，對(duì)故障原因進(jìn)行了分析，及斷路器滅弧室開(kāi)蓋檢修的工藝進(jìn)行了探討，給同業(yè)人員提供參考。只要加強(qiáng)對(duì)GIS設(shè)備的巡檢維護(hù)，定期進(jìn)行檢修工作，能保證GIS設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]莊曉鳳，SF6開(kāi)關(guān)設(shè)備抽真空工藝的探討，設(shè)備與材料，2005年第8期