嚴(yán) 智

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司，山西 太原 030006）

0 引言

氣體絕緣全封閉組合電器GIS（gas insulated substations） 導(dǎo)體全部密封于惰性SF6氣體罐體中，不與外部接觸，不受外部環(huán)境的影響，大大提高了可靠性；同時(shí)，對(duì)罐體內(nèi)部潔凈度要求也相應(yīng)提高，內(nèi)部雜質(zhì)特別是金屬顆?？赡軐?dǎo)致閃絡(luò)、放電甚至擊穿的故障。分析放電原因?qū)τ谔岣逩IS 設(shè)備及電網(wǎng)運(yùn)行可靠性、安全性，降低損失意義重大。GIS 設(shè)備內(nèi)部放電包括殼體及盆式絕緣子閃絡(luò)及支持絕緣子的沿面閃絡(luò)甚至擊穿，其中，沿面放電發(fā)展呈現(xiàn)出電暈放電、電暈放電和沿面流注放電共存、沿面流注放電3 個(gè)主要階段[1]。

本文圍繞某變電站220 kV GIS 交接耐壓試驗(yàn)中D26 與D27 間隔之間Ⅳ母編號(hào)為F15045120 的母線擊穿現(xiàn)象，通過解體觀察、試驗(yàn)驗(yàn)證，分析了導(dǎo)致?lián)舸┑脑?，給出了相應(yīng)的預(yù)防措施。

1 GIS 耐壓試驗(yàn)內(nèi)部故障類型

GIS 罐體及導(dǎo)體由于制造、運(yùn)輸及安裝過程中的絕緣件內(nèi)部缺陷、磕碰、絕緣件間隙過大等問題，都可能導(dǎo)致GIS 內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度畸變，局部場(chǎng)強(qiáng)變大，致使局部絕緣被擊穿放電，繼續(xù)發(fā)展后其放電通道逐步延伸，最終成為貫穿相間或相對(duì)地的導(dǎo)流通道，造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。

1.1 自由顆粒放電

GIS 通電運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部將產(chǎn)生一個(gè)交流電場(chǎng)，自由金屬顆粒受到電場(chǎng)力的作用，顆粒重力的反方向上的分量大于顆粒重力時(shí)，該顆粒就會(huì)進(jìn)入罐體。由于交流電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小和方向會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)重力反方向上的分量低于自身重力或者受到反方向的電場(chǎng)力時(shí)，自由金屬顆粒落下。由于電場(chǎng)的正弦量關(guān)系，金屬顆粒將隨著電壓大小和方向的變化往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直至臨界位置或者運(yùn)動(dòng)至電場(chǎng)強(qiáng)度較低的區(qū)域靜止落下[2]。絕緣子表面金屬自由顆粒是內(nèi)部絕緣故障最常見的類型，這種缺陷使得絕緣子的表面閃絡(luò)電壓明顯降低，存在較大的潛在危害[3-4]。

1.2 絕緣子空隙和樹枝化放電

絕緣子表面的空隙或者裂縫以及電極鑄件上的分層里面都會(huì)有SF6氣體，局部電場(chǎng)強(qiáng)度增大時(shí)會(huì)造成擊穿。如果產(chǎn)生自由電子，就會(huì)發(fā)生放電并在絕緣子表面產(chǎn)生位移電流或者在電極與絕緣子墊片間發(fā)生火花放電。這兩種過程都可以利用局部放電檢測(cè)裝置檢測(cè)出來。通過恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程優(yōu)化可以消除絕緣子空隙和電極鑄件上的分層。因此，這種故障的發(fā)生基本可以忽略不計(jì)。這些GIS 的絕緣缺陷類型極有可能會(huì)在GIS中產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，在絕緣體中的局部放電甚至?xí)g絕緣材料，進(jìn)一步發(fā)展成電樹枝，并最后導(dǎo)致絕緣被擊穿[5]。

1.3 電暈放電

導(dǎo)體、金屬殼體以及接地極不均勻部位（如凸起、毛刺等） 會(huì)引起周圍電場(chǎng)不均勻并發(fā)生畸變，其強(qiáng)度大于SF6絕緣強(qiáng)度89 kV/cm 的臨界值時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電暈放電。電暈放電不會(huì)直接導(dǎo)致GIS設(shè)備的擊穿，但若持續(xù)運(yùn)行，尖端放電會(huì)與SF6氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使氣室內(nèi)氣體的絕緣強(qiáng)度逐步降低，最終導(dǎo)致氣體被擊穿。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 故障現(xiàn)象

220 kV GIS 設(shè)備耐壓試驗(yàn)。1 號(hào)主變壓器220 kV 側(cè)D07 間隔U 相套管加壓，V、W 兩相接地升壓至460 kV，進(jìn)行耐壓1 min 試驗(yàn)。在升壓至460 kV 過程中，升壓至392 kV 時(shí)D07 間隔U相套管發(fā)生閃絡(luò)。再次對(duì)U 相加壓，電壓升到335 kV 放電，此時(shí)根據(jù)聲音初步判斷可能是Ⅳ母母線發(fā)生放電。后對(duì)Ⅳ母進(jìn)行試驗(yàn)，從4 號(hào)主變220 kV 側(cè)D19 間隔U 相加壓，第一階段145 kV老練，加壓到 4 min 時(shí)發(fā)生放電，隨后再進(jìn)行加壓，127 kV 時(shí)發(fā)生放電，然后對(duì)W 相進(jìn)行試驗(yàn)，在電壓升到 170 kV 時(shí)發(fā)生放電，判斷擊穿處位于D26 至D27 的間隔之間。

2.2 解體觀察

解體發(fā)現(xiàn)三相導(dǎo)體對(duì)應(yīng)絕緣件對(duì)接口處有集中燒蝕痕跡，支撐絕緣件表面有明顯的貫穿性閃絡(luò)痕跡，并且在絕緣件中間交匯。

2.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了檢測(cè)導(dǎo)致該段母線異常的原因，對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了如下處理。

a） 檢查導(dǎo)體表面和殼體內(nèi)部，無磕碰損傷等質(zhì)量異常。

b） 三相導(dǎo)體對(duì)接槽處均存在燒蝕點(diǎn)且分布集中并與絕緣件上放電通道對(duì)應(yīng)，同時(shí)絕緣件上電弧通道貫穿整個(gè)絕緣件（三相嵌件貫穿），由此可判斷該燒蝕點(diǎn)應(yīng)為電弧燒蝕導(dǎo)致，而非磕碰形成。

c） 由于放電位置為三相支撐絕緣件，需重點(diǎn)確認(rèn)絕緣件的外部結(jié)構(gòu)，但絕緣件外部結(jié)構(gòu)除表面存在明顯的放電通道外，并沒有發(fā)現(xiàn)任何磕碰、損傷、裂紋等異常。為了進(jìn)一步確定絕緣子內(nèi)部是否存在缺陷，對(duì)絕緣子采用X 射線進(jìn)行探傷檢測(cè)，探傷檢測(cè)結(jié)果表明，絕緣子內(nèi)部無氣泡、裂紋和雜質(zhì)等缺陷。

d） 對(duì)絕緣子表面放電痕跡用砂紙和酒精進(jìn)行清理，發(fā)現(xiàn)痕跡被全部清除，無內(nèi)部擊穿缺陷，由此可判斷此絕緣失效為絕緣子的沿面閃絡(luò)。

e） 驗(yàn)證絕緣子的電氣絕緣性能。將原母線、導(dǎo)體等進(jìn)行重新清理，將導(dǎo)體上電弧燒蝕點(diǎn)打拋光滑，并將原絕緣子（處理后） 裝配于原母線段，按照《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 618—2011）要求進(jìn)行工頻耐壓和80%工頻局放試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果都合格（工頻耐壓施加電壓為460 kV，局放標(biāo)準(zhǔn)≤5 pC），最后按照出廠試驗(yàn)要求進(jìn)行三相1 050 kV 雷電沖擊正負(fù)各3 次試驗(yàn)，原母線筒絕緣通過了試驗(yàn)：編號(hào)F1504516339 002母線筒施加460 kV 額定工頻耐受電壓，在368 kV局部放電測(cè)量電壓1 min 作用下測(cè)試結(jié)果≤5 pC，測(cè)試全部合格。

3 原因分析

從解體后對(duì)內(nèi)部絕緣支撐進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證來看，絕緣件本身并沒有缺陷，可推斷為交接試驗(yàn)?zāi)蛪寒惓５脑驗(yàn)榻^緣子表面附著異物導(dǎo)致。由于該段母線出廠時(shí)已經(jīng)過出廠試驗(yàn)考核，綜合現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)操作流程，判斷異物來源有以下途徑。

a） 此段母線是單獨(dú)運(yùn)輸單元，現(xiàn)場(chǎng)需開蓋對(duì)接，在對(duì)接過程中有異物進(jìn)入產(chǎn)品內(nèi)部，由于存在清理盲區(qū)無法清理徹底，在最后的SF6注氣過程中，異物被吹到絕緣子支撐表面。

b） 現(xiàn)場(chǎng)更換吸附劑的過程中，操作過程不規(guī)范，導(dǎo)致吸附劑罩表面存在異物，在抽真空和充氣過程中，異物“漂流”到絕緣支撐件表面。

c） 當(dāng)母線帶電時(shí)，異物在電場(chǎng)的作用下，發(fā)生極化現(xiàn)象，變成附著在絕緣件表面的“金屬毛刺”，破壞了絕緣件表面的絕緣強(qiáng)度，縮短了相間的絕緣距離，在L1 相加壓至398 kV 時(shí)，L1 相對(duì)L2 相或L3 相發(fā)生了放電，此時(shí)已經(jīng)形成了放電通道；面對(duì)第二次加壓（330 kV），加劇了絕緣件表面的損壞程度，同時(shí)L1 相可能對(duì)另一相也發(fā)生了放電，從而形成了三相表面貫穿的放電通道。

4 結(jié)束語

本文圍繞某220 kV GIS 交接耐壓試驗(yàn)異常情況，通過解體、試驗(yàn)驗(yàn)證，分析了內(nèi)部閃絡(luò)發(fā)生的原因，說明了金屬自由顆粒及導(dǎo)體毛刺產(chǎn)生的途徑。基于以上分析，為保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，應(yīng)建立全過程的質(zhì)量管理機(jī)制，相關(guān)設(shè)備驗(yàn)收應(yīng)前置，設(shè)備管理及基建單位應(yīng)對(duì)罐體、導(dǎo)體、絕緣件等關(guān)鍵部件制造質(zhì)量、關(guān)鍵工藝、車間環(huán)境進(jìn)行重點(diǎn)把控，保證設(shè)備滿足出廠要求。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)安裝過程中要求施工單位和廠家設(shè)置防塵棚等防塵措施，避免設(shè)備內(nèi)部放電隱患，降低損失。