提高GIS现场交流耐压试验标准探讨

2011-05-24李秀卫陈玉峰王庆玉

山东电力技术 2011年2期

李秀卫，陈玉峰，王庆玉

（山东电力研究院，山东济南 250000）

0 引言

近几年GIS的装用量迅速增加，与敞开式相比有许多优点，但在安装、运行中也发生了一些问题，比较突出的是多次在送电投运过程中或投运后不久内部发生绝缘故障，而这些设备绝大多数在投运前均按照规程进行并通过了现场交流耐压试验（个别是由于其它原因），这类似于前几年山东省发生的几起SF6气体绝缘电流互感器故障，对电网的安全生产造成较大的影响。

综合分析这些GIS故障原因，基本上是由于运输或安装不当造成的，主要有紧固件松动或相对位移、电极表面缺陷、异物、脏污、导电颗粒、绝缘子受损等几种缺陷，而通过现场交流耐压试验并没有发现这些缺陷，因此有必要对目前试验标准的有效性进行深入的讨论。

1 GIS现场绝缘试验的必要性

GIS是由断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线和套管等元件直接联接在一起构成。GIS在工厂整套组装完成后进行调整试验，合格后，以运输单元的方式运往现场安装工地。GIS在工厂内组装要求非常严格，装配灭弧室的车间要求空气洁净度等级达到5级（GB 50073-2001《洁净厂房设计规范》），整体组装车间空气洁净度等级达到6级。运输过程中的机械振动、撞击等可能导致GIS元件或组装件内部紧固件松动或相对位移；在安装过程中，联结、密封等工艺处理方面可能存在失误，导致电极表面刮伤或安装错位引起电极表面缺陷；空气中悬浮的尘埃、导电微粒杂质和毛刺等在安装现场无法彻底清理都会造成GIS投运后发生故障。国内、外均出现过将安装工具等异物遗忘在GIS内部的情况。因此，为尽早发现这些缺陷，及时处理，避免投运后发生事故，GIS现场安装完成后进行现场耐压是非常必要的。

根据国际大电网会议（CIGRE）的统计，虽不能保证经过现场绝缘试验的GIS不会在运行中发生绝缘事故，但是没有进行过现场绝缘试验的GIS发生事故的几率却非常高。因此，国内、外已取得了共识，GIS必须进行现场绝缘试验，并且已写入了有关标准。

2 现场绝缘试验对绝缘缺陷的有效性

GIS的现场绝缘试验主要包括：交流耐压、雷电冲击耐压、操作冲击耐压三种方式。目前随着检测技术的发展，超声或超高频局放测量也成为了现场试验的重要手段之一，一般在交流耐压试验前进行老练试验时实施。表1对现有的现场试验方法及其有效性进行了说明。

由表1可见，在所有现场试验方法中高压交流加局放检测综合效果较好，目前我省已开展这种联合检测，但现场工作量大，而且超声或超高频局放检测也仅分别对一两种缺陷有效，有一定局限性。如果再结合冲击试验，基本可检测出全部可能的缺陷，但现场进行冲击试验所需设备笨重，且规程中无明确要求，目前只是在实验室内进行了可行性研究，还未在现场应用。现场交流耐压试验仍是目前对GIS安装后投运前绝缘性能检测的主要手段。

表1 现场试验方法及其有效性

3 目前山东省执行的GIS现场交流耐压试验有关标准

目前，山东省现场耐压标准主要执行的是DL/T 618-1997《气体绝缘金属封闭开关设备现场交接试验规程》和DL/T 555-2004《气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则》中有关GIS耐压的要求，耐压值均为出厂工频耐压值的80%。以下是这两个标准中关于GIS现场耐压的有关条款。

3.1 DL/T 618-1997对GIS现场主回路绝缘试验的规定

10.2.5 GIS的每一新安装部分都应进行耐压试验。

10.2.6 GIS的扩建部分进行耐压时，相邻设备原有部分应断电并接地。否则，对于突然击穿给原有部分设备带来的不良影响应采取特殊措施。

10.2.7 GIS在设备的扩建部分耐压时，可能需要通过原有部分施加电压，在这种情况下，其试验程序与新安装的GIS相同。

10.4 试验电压值

现场交流耐压试验电压值为出厂试验施加电压值的80%。

雷电冲击耐受电压和操作冲击耐受电压值为型式试验施加电压值的80%。

3.2 DL/T 555-2004对GIS现场耐压及绝缘试验的规定

7.1 交流试验电压值

现场交流耐压试验应为出厂试验时施加电压的80%。如果用户有特殊要求时，可与制造厂协商后确定。

8.1 程序的选择

按DL/T618-1997中10.5的有关规定进行试验。

试验程序可根据试品状况和现场条件，由用户和制造厂商定，从下列程序中选择，但拟优先选用程序A。

程序A：按5.1条和7.1条的交流电压试验，在规定的电压值下耐压1 min。在特殊情况下，可增加冲击电压试验，按5.2条和7.2条试验，在规定的电压值下进行，正负极性各3次。

程序B：按5.1条和7.1条的交流电压试验，在电压值不低于Um/（对中性点有效接地系统）或Um（对中性点非有效接地系统）下耐压5 min（Um为系统最高电压）。同时应补充进行冲击电压试验，按5.2条和7.2条试验，在规定的电压值下进行，正负极性各3次。

4 提高GIS现场交流耐压试验标准的必要性

4.1 现行标准已经低于国标标准

目前按照DL/T 618-1997《气体绝缘金属封闭开关设备现场交接试验规程》和DL/T 555-2004《气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则》两个行业标准的要求，现场耐压值均要求为产品出厂工频耐压值的80%，而2009年6月1日开始执行的GB 7674-2008《额定电压72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》中对于GIS的现场交流耐压试验标准有了更高的要求，两者对于110 kV和220kV GIS现场交流耐压试验的标准加压值见表2，可见之前执行的标准已低于现行国标的要求，需要提高目前GIS现场交流耐压试验的标准。

表2 两标准对110 kV和220 kV GIS现场交流耐压试验的标准加压值

4.2 有效提高发现设备缺陷的概率

通过调研我们了解到，青海省电力公司近年在对GIS设备进行现场交接交流耐压试验时，针对330 kV及以下电压等级设备按100%出厂试验电压值进行试验，从大量试验情况看，部分330 kV及以下电压等级的GIS设备按出厂值的80%试验时，1 min交流耐压试验通过，但在继续升至出厂试验电压的过程中发生闪络，而且闪络放电基本都是由于盆式绝缘子或支柱绝缘子表面清洁度不够造成的，在这种情况下，如果按照出厂值的80%进行试验就不能发现设备的绝缘缺陷，但这种缺陷在投运时瞬时冲击电压的影响下，就极有可能暴露出来。近几年青海省电力公司GIS设备在现场交接交流试验过程中出现该情况的统计见表3。

山东省也曾发生过投运过程或投运后不久就发生绝缘故障的情况，如220 kV GIS在投入运行后12 h，发生绝缘子沿面闪络故障，220 kV GIS在主变的冲击过程中发生绝缘故障，110 kV GIS在送电过程中盆式绝缘子击穿放电等，这几个故障发生的共同特点就是在送电冲击过程中或冲击送电后短时间内发生绝缘故障，而在此之前均严格按照规程进行过出厂耐压值80%的交流耐压试验并合格，这就说明有相当一部分缺陷在目前的交流耐压试验中是发现不了的，虽然能通过80%的交流耐压，却不能承受住送电冲击的暂态过程。如果上述三个站的GIS设备能够按照100%出厂工频耐压值进行现场交流耐压，不能保证发现全部缺陷，但会大大提高发现缺陷的概率，减少送电后故障造成的损失。

表3 青海省电力公司GIS设备在现场交接交流试验

4.3 促进现场施工、安装质量

标准中对于现场交流耐压值一般规定都低于出厂试验值，有很大的一个因素是考虑到现场安装的环境、工艺可能与洁净厂房内有差异，因而降低了试验标准，但从设备本身来说，其绝缘性能是和其产品设计有关，如果严格按照产品的安装工艺要求施工安装，正常应该能够承受住设计的耐压水平，而不应该因为现场安装工艺等人为因素降低对设备的绝缘性能要求。因此，采用和出厂试验值相同的标准进行现场交流耐压，可以最大程度的促进和检验现场施工安装人员的施工工艺，从而保证设备投运后的安全运行。

4.4 部分特殊设计的GIS产品需要

部分厂家的GIS产品本身设计的绝缘裕度较高，如西开厂部分220 kV和330 kV GIS的盆式绝缘子是通用的，均能够满足330 kV GIS产品工频耐压水平，这样用在220 kV产品上时绝缘裕度就较高，如果还是按照220 kV GIS出厂工频耐压的80%进行现场交流耐压，一部分有缺陷的绝缘子就可能顺利通过耐压试验，但投运后随着内部局部放电的逐渐发展和累计，最终还会发生绝缘故障。因此，对于此类设计的产品，也有必要提高现场耐压标准。

4.5 提前发现大部分缺陷需要

国内外对大量GIS故障的统计和研究表明，GIS设备的故障规律也遵循 “浴盆曲线”（图1），按照这种故障曲线，GIS设备故障率随时间的变化大致分早期故障期、偶发故障期和损耗故障期。早期故障期的故障率较高，主要原因是安装工艺不良导致的安装错误、洁净度不够、留有异物或盆式绝缘子和支柱绝缘子本身存在质量缺陷，在投运过程中或投运后短时间内发生绝缘故障。进入偶发故障期后，设备故障率大致处于稳定状态，在此期间，故障的发生是随机的，其故障率最低，而且稳定，这是设备的正常工作期或最佳状态期。在设备的设计寿命后期，由于零部件的老化等，故障率不断上升。从GIS故障发生规律的三个阶段看，早期故障率较高，但原因一般比较明确（省内发生的几起故障大多为内部清洁度不够造成的），如果实行更为严格的交流耐压试验标准，预计可以提前发现大部分缺陷，大大降低GIS的故障率，因此，在充分研究和论证的基础上适当提高耐压试验的标准是非常有必要的。

图1 设备故障浴盆曲线图

鉴于上述原因，有必要提高GIS现场交流耐压的试验标准，考虑到产品本身设计的绝缘水平和裕度，建议从80%的出厂工频耐压值提高到100%。

5 提高GIS现场交流耐压试验标准的可行性

5.1 100%出厂耐压值对绝缘介质的影响

GIS设备内的绝缘介质主要有SF6气体、绝缘件（绝缘子和绝缘拉杆）。

SF6气体作为优良的绝缘和灭弧介质，在高压下能保持稳定、不分解，即使在高温电弧下有少量的 SF6会分解为有毒的 SOF2、SO2F2、SF4和 SOF4等，但在电弧过零值后，很快又再结合成SF6，长期密封使用的SF6，虽经多次高压和灭弧作用，也不会减少或变质，进行100%出厂耐压值的交流耐压更不会对SF6气体产生影响。因此，耐压值的提高对SF6气体没有影响。

绝缘件在GIS整体安装之前，均需单独进行交流耐压和局部放电试验，且由于绝缘件一般都有较高的绝缘裕度，其工频耐压值也高于GIS设备的整体交流耐压值，如西开厂126 kV绝缘件工频耐压值为275 kV，252 kV绝缘件工频耐压值为520 kV，即使按照100%GIS整体设备耐压值进行耐压，把110kVGIS的耐压值由目前的184kV提高到230kV，220 kV GIS的耐压值由目前的368 kV提高到460 kV，耐压值也低于绝缘件出厂的工频耐压值，如果绝缘件本身没有缺陷，较低的电压不会对绝缘件造成损伤。

因此，提高现场交流耐压值后不会对GIS设备内的绝缘介质产生影响。