组合电器现场常见异常问题分析处理方法及方案

柳如见 柳绪祥 邓东印

（1.山东泰开高压开关有限公司 2.济宁市建宁电器设备有限公司）

0 引言

组合电器（GIS）由于其结构紧凑、性能优良、运行维护工作量小、检修周期长等优点，在国家电网建设中应用广泛。

电气设备健康水平是确保电网安全、稳定运行的物质基础；GIS安装运行后，现场小的异常也将影响设备的安全运行，现场异常问题的及时正确处理，显得尤为重要。本文就组合电器设备现场常见的异常问题进行分析并提出了相应的处理方法。

1 GIS设备现场运行常见异常问题

GIS设备现场运行常见异常问题包括机械故障（机构失效）、气体泄漏故障、内部绝缘故障（击穿、闪络、异响等）、其他故障（安装不当、环境因素）等。

2 GIS设备现场运行常见异常问题的分析处理

2.1 机械故障

虽故障率最高，但检修恢复较为简单，不做详述。机械故障的处理措施：①检查电压，检查电机，接线，辅助开关、接触器等部件是否完好；②检查机构本体部分，看有无卡阻，零部件损坏现象；③检查SF6压力，是否欠压，需补气至额定压力。

2.2 气体泄漏故障的分析处理

SF6气体作为组合电器的绝缘和灭弧介质，充气压力一般为0.4～0.6Mpa，是为保证其绝缘性能，因而一旦发生SF6气体泄漏，当其低于某一值将使设备无法继续使用，有的甚至造成更大的电气事故。因此，防治SF6气体泄漏对产品使用性能的稳定性具有重大意义。

1）气体泄漏的判定：当GIS气室压力存在持续下降的趋势或突然地较快下降时，一般判断为气室漏气。可使用发泡液或检漏仪查找漏气点。还可以通过包扎封装的方式进行漏气率的计算。

2）气体泄漏故障出现的原因主要有：①GIS附属设备的漏气（密控器、阀门等）；②GIS壳体缺陷漏气（焊缝、砂眼等）；③密封面处的漏气（密封面损伤、密封圈损伤）。

3）气体泄漏故障的处理措施：①更换漏气的密控器、阀门、密封圈等；②壳体漏气，可通过补焊或更换的方式处理，制造厂需提高壳体质量，安装时也要防止对壳体磕碰；③密封面处漏气，检查对接面有无划伤，更换损坏的密封圈等；④暂时性处理：如漏气不太明显，又不具备检修条件时，可临时补气处理。

当设备缓慢漏气时，就要计算漏气率，看是否满足年漏气率0.3%的要求。

将所测部位进行包扎封装（见图1包扎检漏示意图），取几个检测点，用检漏设备测量初始的ppm值，静止时间（t=24h），再对几点测量ppm值，然后计算充气体积V，产品体积V1，包扎体积Vm，取大气压力P（一般0.097Mpa），充气压力Pr（以0.6Mpa为例），包扎检测点统计数据见表1。

表1 包扎检测点数据统计表

计算：

式中，F为绝对漏气率；C取前后差值，局部包扎取各部位之和，本例以整机包扎为例。

漏气率为：

图1 包扎捡漏示意图

2.3 内部绝缘故障的分析处理

SF6组合电器的内部绝缘故障对电力系统产生的不良后果最为严重，带来的检修工作量也是最大的，因此最大限度地降低内部绝缘故障的发生及发生后的及时处理对设备电网安全运行有着重要意义。

（1）内部绝缘故障的判定

绝大部分内绝缘故障都会产生局部放电，局放会使SF6气体分解质变（附分解产物正常浓度控制值、经验值），从而影响电场分布，腐蚀绝缘件，造成绝缘击穿；局部放电是内部绝缘故障的先兆和表现形式。定期对设备进行局放测试和SF6分解产物分析可及早发现设备隐患，对设备的安全运行很有必要，表2为不同气室分解物浓度合格范围。

表2 分解物浓度统计表

（2）内部绝缘故障出现的原因

主要有：①绝缘件故障（绝缘件本身质量差、异常受力、表面污秽等）；②GIS壳体、导体等缺陷（加工质量差、安装时未清理干净、镀银质量差）；③装配不良（导体与梅花触头插入量不足、导体未对中安装犯别劲、分合闸不到位、安装时损伤部件、连接螺栓松动等）；④外力对绝缘件造成影响（地震、雷击）。

（3）案例分析：甲站金乙线绝缘子表面灼伤

1）当时测得GL隔离开关气室SO2浓度为120 ppm，H2S为25ppm，CO为60ppm，严重超标。可断定内部产生放电。拆解发现：GL与FES间的绝缘子凸面出现高温电弧灼伤；并且壳体内有大量粉尘（故障绝缘子位置和表面灼伤程度分别见图2和图3）。

图2 故障绝缘子位置

图3 故障绝缘子表面灼伤图

2）本绝缘子查阅出厂试验合格。

3）拆解件厂内进行相关试验：X光探伤、耐压、局放、DSC均合格，耐压检测结果和局方检测结果分别见图4和图5所示。

图4 绝缘子工频耐压耐压无异常（460kV，5min）

图5 175kV局部放电量为2.03pC

4）电场分析：绝缘子所在位置的电场分布比较均匀，且凸面电场明显好于凹面，且电场最高点出现于凹面一侧，具体场强分布见图6所示。

图6 绝缘子电场场强分布图

综上试验情况，结合绝缘子凹凸面电场分析及故障气室零部件的烧损情况（绝缘子表面灼伤面均匀，无明显放电通道），可判定非绝缘子本身质量问题，而是由于后续工作中此气室受到污染（污染原因为：现场多次更换吸附剂、抽真空、充气；现场安装环境差、充气不规范等），影响到绝缘性能，最终形成放电故障。放电后电弧游离，致使绝缘子表面灼伤。

（4）内部绝缘故障的处理措施

1）绝缘件故障，就要从厂内抓起，更加严格控制浇注工艺，提高绝缘件质量，再就是安装过程一定注意对绝缘件的清理及防护。因为现场出现绝缘件故障，就要通过解体间隔，对故障绝缘件进行更换，工作量极大。

2）GIS壳体、导体缺陷，首先也要从厂内抓起，严格执行工艺要求；其次安装过程，杜绝违反规程，认真清理部件。现场出现此类问题，要找到原因，对壳体或导体进行清理，问题严重的要进行更换。

3）装配不当缺陷，安装过程严禁野蛮施工；使用对接工装限位；出现问题首先要拆解查找原因，检查固定螺栓是否松动，及测量插入量，可采取重新安装的方式处理，如重新安装后，未消除故障，那就要更换相关部件来处理。总之，装配不当造成的内绝缘缺陷，与施工人员装配过程中的操作有很大关系，提高安装人员的质量意识和工作水平，可大大减少现场装配不当造成的内绝缘问题。

4）外部环境对绝缘件造成的影响一般是不可修复的，只能通过现场更换的方案处理。雷击过程电压极高，避雷器的保护范围有限，绝缘件有时被绝缘击穿。

综上所述，SF6组合电器的内部绝缘故障对电力系统产生的不良后果是最为严重的，我们需要最大限度地减少造成这种故障的因素，精细化设计工艺及安装工艺，优化产品结构。故障发生后，需要我们及时地与用户沟通，编制合理的检修方案，尽可能地以减少对用户的损失为原则，及时有效地处理故障。

2.4 其他故障（设计安装不当、环境因素等）的分析处理

SF6组合电器的其他故障（安装不当、环境因素）虽然出现的概率较小，但一旦发生也会带来巨大的检修工作量，因此这类问题同样不可忽视。

环境因素对设备造成的影响主要由自然灾害造成，比如地震、雷击、火灾、洪水等，或者长期经受风吹日晒导致的设备部分件损坏等。不受人为控制，此处不做详述。

设计、安装不当方面，此类问题主要是，未就安装设备的环境进行充分考虑，设计过程缺少相关计算，现场设备长期运行受环境变化的影响造成的设备故障。下面就以组合电器乙站为例进行简要说明。

（1）理论计算分析

查阅相关资料，下列材料的平均线胀系数（×10-6mm/（mm℃））：铝材为22～23.8，碳钢为11.3～13，水泥、混凝土为10～13。

如图7所示，某工程220kV GIS平面布置图，两线之间母线长度为13m，设定当时环境温度为+15℃左右，按照环境温度夏季最高气温为+40℃（与安装时温差为25℃），冬季最低气温为-35℃（与安装时温差为50℃）。

在高温时，每米母线筒的最大伸长量为：

23.8×10-6×25℃×1000mm=0.595mm

水泥混凝土（或基础预埋碳钢件）的最大伸长量为

13×10-6×25×1000=0.325mm

在低温时，每米母线筒的最大收缩量为：

23.8×10-6×50×1000=1.19mm

水泥混凝土（或基础预埋碳钢件）的最大收缩量为：

13×10-6×50×1000=0.65mm

通过计算得出，13m主母线的伸长量为（0.595 - 0.325）×13=3.51mm，压缩量为（1.19 - 0.65）×13=7.02mm，则13m的母线最大变形量为3.51+7.02=10.53mm（-35～40℃）。

图7 某工程220kV GIS平面布置图

（2）波纹管的设置说明

一般地，组合电器，主母线筒每隔约15～20m设置波纹管，波纹管可以起到调整作用。本站原安装波纹管及安装工艺如图8所示。

图8 波纹管调整说明示意图

从波纹管调整方案及上述计算可以看出，当壳体受高温膨胀时，波纹管收缩，壳体最大伸长量3.51mm远小于波纹管预留间隙10mm，此时波纹管可以完全吸收壳体受温度升高带来的壳体长度变化；当壳体在温度降低最大收缩量为7.02mm，波纹管应有≥7.02mm伸长量才能完全吸收壳体长度变化，而实际波纹管外侧螺母被紧死，不能吸收壳体变化。现场勘查后制定了处理方案措施：所配波纹管的一侧法兰外侧增加碟簧（见图9），使波纹管在膨胀与压缩时均起到有效作用。

图9 波纹管碟簧安装示意图

由于环境温度的变化使土建基础及母线壳体发生热胀冷缩，只有壳体变化量通过波纹管的调节作用完全予以消除，才能保证设备的安全运行。所以在设计过程中应充分考虑现场实际，这对设备的正常运行很有意义。

3 结束语

GIS组合电器是保证电力传输的重要电气设备，设备的健康水平是确保电网安全、稳定运行的物质基础。如何使GIS设备安全运行是需要高度重视的问题，不但在生产时要严格把关，而且设备现场异常故障的及时正确处理，也是对GIS厂家的必然要求。