电气开关设备GIS内部绝缘故障分析及处理研究

刘蜀江

（北海高新技术创业园发展有限公司，广西北海 536000）

0.引言

随着现代社会的不断发展和城市电能供应要求的不断提高，城市供电系统运行压力逐步增大，电力系统运行电压、整体容量和故障发生频率均逐步增加。在此背景下，电气开关设备GIS内部空间出现绝缘故障的可能性也随之增加，严重者甚至会导致电能供应系统整体效能的下降，导致电能供应体系停止工作，最终给电力企业带来巨大的经济损失[1]。因此，有必要对电气开关设备GIS的内部绝缘体系进行研究，找到电气开关设备GIS绝缘故障探查和解决方法，构建事前预防和事中处理相结合的故障排查机制，对电气开关设备GIS可能涉及的故障因素进行深度分析，从而切实提高GIS内部绝缘的故障检修效率。

1.电气开关设备GIS内部绝缘主要故障

1.1 零部件制造缺陷及机械损伤

电气开关设备GIS零部件制造缺陷及机械损伤是内部绝缘的主要故障之一，在几种不同的缺陷因素中占据着较大的比例，图1即为几种不同类型缺陷造成的故障[2]。通常情况下，电气开关设备GIS零部件主要包括绝缘拉杆、绝缘支柱等构件，在生产构件的过程中制造缺陷和机械损伤是影响电气开关设备GIS绝缘性的关键内容，在实际应用过程中主要表现为设备表面出现裂纹、设备内部结构出现气泡和设备内含金属元素存在杂质。就设备表面出现裂纹问题而言，在电气开关设备GIS制作生产过程中，机械自身构件强度较差，因此很容易导致制成的设备应力释放和消解后出现局部裂纹。在工程的预制过程和后续现场的安装过程中，装配操作不适宜或者螺栓拉紧力作用受力面不均匀等问题的出现都会导致最终现场母线出现残余应力留存导致的局部裂纹。在现场安装构件的过程中，现场施工的碰撞或者蛮力施工会导致构件出现裂纹[3]。此外，如果电气开关设备GIS间存在微小裂痕，在长期的运行过程中，外界环境荷载力的作用最终会导致出现较长的贯穿性裂纹，使得电气开关设备GIS表面的电压参数值出现较大波动，严重的甚至会直接导致绝缘性能下降。

图1 电气开关设备GIS故障原因及其发生概率

1.2 绝缘零件的表面积累粉尘杂质

绝缘零件的表面积累粉尘杂质也是影响电气开关设备GIS的重要因素，由于电气开关设备GIS运行环境中的粉尘杂质不能得到完全意义上的消除，因此，GIS表面在长时间的工作后出现粉尘的累积也就不可避免[4]。在电气开关设备GIS的装配、现场组建和运输车装载过程中，周边环境中出现的粉尘或者杂质、汗渍、水渍等污染防不胜防，都可能在后续的不严密清查过程中留下一定的安全隐患，最终导致电气开关设备GIS在隐蔽处出现金属微粒或者粉末微粒的累积。

1.3 导体的表面出现毛刺和划痕

在电气开关设备GIS的运行过程中，导体表面出现了一定的划痕或者毛刺，亦是GIS设备的结构功能不能得到充分发挥的重要原因。电气开关设备GIS的毛刺或划痕通常是在构件的生产制造或工业化组装过程中出现的，绝大多数是设备所在空间范围内的工人工作不严谨或者是环境检查不细致造成的。同时，如果电气开关设备GIS受到较大的冲击，冲击过电压会导致设备外部金属部位发生局部放电现象，结果释放的能量不能得到有效消除，引起释放能量位置的变形。

1.4 紧固的零部件出现松动或脱落

紧固的零部件出现松动或脱落是GIS运行过程中存在问题的又一重要影响因素，更是设备在运行过程中出现组装问题的典型表现，一般是由于电气开关设备GIS生产厂家在应用过程中未严格按照装配工艺和检验标准开展实验性监测，致使电气开关设备GIS的壳内金属器件、外表面遮挡围罩等关键部件出现了松动[5]。在电气开关设备GIS的运行过程中，紧固的零部件结构出现松动或者脱落，很容易危害设备绝缘性，在应用过程中会出现较大的噪声污染，也会导致电气开关设备GIS空间内部出现悬浮电位问题，最终影响电气开关设备GIS的局部放电过程。

2.电气开关设备GIS内部绝缘故障处理方法

2.1 加强设备质量管控

在电气开关设备GIS的实际运行过程中，其内部空间发生绝缘故障的主要因素包括零部件制造缺陷及机械损伤、绝缘零件的表面积累粉尘杂质、导体的表面出现毛刺和划痕和紧固的零部件出现松动或脱落等，而上述原因在较大程度上直接与电气开关设备GIS的制造过程、运输过程、安装过程的质量把控措施紧密关联。为了尽可能消除电气开关设备GIS运行过程中的各类故障，防止设备的正常运转过程遭到破坏，首先，要加强对设备的质量监管。在电气开关设备GIS的设备选型，电气开关设备GIS使用者不仅应该关注设备的产品质量和市场占有率，而且对电气开关设备GIS的匹配产品的质量严格把关，坚决杜绝使用存在质量问题的产品，防止电气开关设备GIS的配套产品出现故障。其次，应该加强对电气开关设备GIS的绝缘部件材料质量、生产过程质量和安全质量的监管，在电气开关设备GIS的安装试验的关键节点设置风险点，避免绝缘部件在使用前完成尽检工作，保障电气开关设备GIS绝缘部件运行过程中的质量安全。再次，在电气开关设备GIS的制造装配过程和现场监督管理过程中，必须加强对电气开关设备GIS安装作业环境、施工工艺、流水节奏和生产光洁度的管理，避免GIS出现潮湿引起故障，对GIS内部故障影响因素加强把控。最后，在GIS出厂前，应关注设备的检验标准和检验过程的严谨性，认真按照国家相关规定履行电气开关设备GIS的检查过程，避免出厂试验出现差错。

2.2 做好现场绝缘试验

在电气开关设备GIS故障位置的排查和具体问题分析过程中，其绝缘试验方法是多样的，通常可借助SF6气体湿度的监测试验、电气开关设备GIS的泄漏气体试验及交流耐压试验等实现。在电气开关设备GIS的SF6气体湿度的监测试验过程中，SF6气体质量的合格性监测以及试验过程中压力参数值的大小是试验能否成功的关键，SF6气体压力参数值和质量参数是否合规更是保障电气开关设备GIS良好绝缘性能的重要基础，在设备运转过程中，周围空间的气体湿度参数值测试和设备泄漏环境探查测试就成为必须开展的试验项目，但鉴于SF6气体的特殊性，该物质的湿度参数和渗漏性能并不能直接反映电气开关设备GIS的绝缘性能的优良与否，上述论证完全能够从某工厂的历史数据得到充分验证，具体参数如表1所示。也就是说，电气开关设备GIS的SF6气体的微水含量和年泄漏率参数值的变化，与电气开关设备GIS内部发生故障的概率并不具有紧密的联系性。因此，电气开关设备GIS故障的排查，应该在加强现场的绝缘试验的基础上，得到更有关联性的结果，最终测得更准确的结果。

表1 故障气室 SF6 的微水含量和年泄漏率

2.3 局部放电试验

在电气开关设备GIS发生故障时，内部 SF6气体可能分解产生各种物质，也就能够凭借电气开关设备GIS内含产物的种类和具体含量值的大小，快速监测GIS发生的故障类型和具体程度，准确找到出现问题的方位，最后判别故障原因并找到科学的处理方式。在此过程中，电气开关设备GIS局部放电试验监测能够有效保障电气开关设备故障参数得到全方位探查，进而形成完整的数据分析报告。电气开关设备GIS局部放电试验，能够借助试验过程和试验结果与现有试验条件形成的综合诊断参数，通过参数之间的对比实现SF6电气在设备间的全程监督，最后实现电气开关设备GIS的故障诊断和排查，对比监测得到的数据信息和参考数值得到故障预警信号，表2即为某公司近年来利用局部放电试验探究电气开关设备GIS故障出现和预警示警信号的标准。

表2 电气开关设备GIS中SF6气体分解产物正常状态参考值

2.4 实时在线监测

在电气开关设备GIS运行的过程中，两次预防实验往往有一定间隔时间，若不能及时快速地处理间隔期间发生的缺陷问题或者故障问题，很可能影响电气开关设备GIS的运行平稳性和安全性。实时在线监测模块能够对电气开关设备GIS进行全天候监控，快速监测得到电气开关设备GIS的内部的气压、水量、气体分解程度等参数，便于对电气开关设备GIS数据的监测和掌控。时在线监测功能能进一步发挥数据趋势预测功能，在剔除电气开关设备GIS监测值数据误差的基础上，快速掌握数据变化关系和变化状态，实现对电气开关设备GIS绝缘状态的高效率评估。就现阶段而言，市场中关于电气开关设备GIS实时在线模块的监测，更多借助电气开关设备GIS微水、局部放电等数据的监管，也可借助SF6气体分解物的在线监测和诊断工作，实现电气开关设备GIS数据的系统性研究，实现按需选择，匹配得到灵活性更强、抗干扰能力更强的数据监测产品，掌握电气开关设备GIS现有状态和变化趋势，因此需要快速解决电气开关设备GIS可能存在的各类问题，及时掐灭问题出现的苗头，避免电气开关设备GIS故障发生导致的经济损失。

3.结语

本文在对电气开关设备GIS内部绝缘主要故障进行分析的基础上，总结出零部件制造缺陷及机械损伤、绝缘零件的表面积累粉尘杂质、导体的表面出现毛刺和划痕和紧固的零部件出现松动或脱落等故障类型，针对上述故障类型提出了加强设备质量管控、做好现场绝缘试验、开展局部放电试验和开展实时在线监测工作等针对性策略，旨在为电气开关设备GIS内部绝缘故障处理技术提高提供相关经验。