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摘要：气体绝缘开关设备（GIS）在电力系统中具有广泛的应用，若其出现故障，将会影响到电力系统供电的质量和安全。本文结合某110kV变电站GIS设备隔离开关气室绝缘故障实例，对其故障原因进行了分析，为类似GIS设备故障分析提供参考。
关键词：GIS隔离开关；气室；绝缘故障
0 引言
随着我国电力行业的快速发展，电力设备也取得了极大的进步，GIS设备具有体积小、重量轻、可靠性高、环境适应能力强等优点，在电力系统中的应用也越来越广泛。随着GIS设备应用的日益增加，其运行过程中的问题也越来越多，影响到了电力系统的安全、稳定运行。其中，绝缘故障是GIS设备的常见问题之一，对其进行分析十分必要。
1 事故概况
某GIS变电站进线间隔在运行过程发生A、B两相相间短路故障而跳闸，随后自动重合闸不成功，通过测距仪器确定故障点约在线路11.6km处，对线路进行检查未发现异常后再次对该线路进行试送电，但还是发生A、B相间短路跳闸。试送电不成功后排查线路开关设备，SF6气体成分分析结果显示SO2含量已超出仪器测量范围，从而确定故障部位为GIS设备进线电缆侧三工位1043隔离开关气室处。该GIS变电站主接线图如图1所示。
2 现场解体检查情况
1043隔离开关结构为三工位直插式，解体后发现该隔离开关A相处于合闸状态，B、C两相为接地状态。1043隔离开关A、B相间绝缘棒已烧毁，在其下方的些许碎片是绝缘棒烧毁产物，而B、C相间及C相与操作机构间的操作绝缘棒完好无异常，未见放电痕迹。1043隔离开关气室与104断路器连接处的盆式绝缘子表面有电弧烧灼痕迹，气室内SF6气体固体分解物较多，其它部位无异常，如图2、图3所示。
分析认为1043隔离开关A、B相间绝缘操作杆在运行中绝缘被击穿，从而造成A、B相间短路，进而引发三相相间短路，导致相关线路跳闸。由于故障点未消除，在随后的重合闸操作以及试送电操作过程中，再次发生接地短路故障，在多次短路电流的冲击下，最终导致了A、B相间绝缘棒完全断裂损毁。
3 故障原因分析
1043隔离开关气室发生绝缘故障前，系统无操作、无恶劣天气、无过电压、保护装置及系统无异常，因此可排除放电故障是由外部原因引起。初步推断导致1043隔离开关气室A、B相间绝缘棒绝缘击穿的原因为：
（1）绝缘棒自身缺陷引起的放电。因产品质量不良、固化工艺不良导致绝缘棒内存在气泡、杂质，这使得绝缘棒在运行过程出现局部放电现象，导致绝缘劣化，从而发生相间短路故障。
（2）绝缘棒表面吸附灰尘杂质引起的沿面放电。绝缘棒表面吸附灰尘杂质主要是由于厂内安装或现场安装工艺控制不良所致，气室内的灰尘杂质在强电场作用下，逐渐形成放电通道，从而引发相间短路故障。
下面通过X光检测、玻璃化转变温度试验以及密度检测等方法对绝缘棒断裂原因进行逐一排查分析。
3.1 X光检测试验
X光检测技术主要是利用X射线将物品曝光后，将其图像在显示器上显现出来。目前X光检测技术作为发现绝缘件内部是否存在气泡、裂缝以及金属丝等缺陷的一种有效手段，已广泛应用于GIS设备绝缘件内部缺陷的检测中。因此，采用X光对1043隔离开关B、C相间绝缘棒进行检测，可发现绝缘棒内部是否存在裂纹或气泡等缺陷。通过不同角度对该绝缘棒进行X光检测，未发现绝缘棒存在明显裂纹、气泡等缺陷，如图4所示。
图4 B、C相间绝缘棒X射线成像检测图
3.2 玻璃化转变温度检测
绝缘棒是一种高分子材料，而玻璃化转变是其一种固有属性，玻璃化转变对应的温度，即为玻璃化温度。通过对玻璃化温度的检测，可发现绝缘棒的形变与温度的关系，根据玻璃化温度是否满足厂家要求，可判断绝缘棒固化工艺是否存在问题。根据GB/T22567—2008《电气绝缘材料测定玻璃化转变温度的试样方法》，对绝缘棒进行取样，并分别将样品按1～4进行编号，如图5所示，其检测结果见表1。
由于目前针对绝缘棒玻璃化转变温度没有统一标准，故检测结果的判断依据采用厂家内控标准。绝缘棒生产厂家给出的玻璃化转变温度为90℃，因此除1号试品较厂家标准偏低0.7℃，其它试品检测结果均满足厂家要求，但考虑实际存在的测量误差，认为绝缘棒的玻璃化温度符合厂家要求。
3.3 密度检测
根据GB/T4472—1984《化工产品密度、相对密度测定通则》，对绝缘棒取样后进行密度检测，其检测结果见表1。由于目前针对绝缘棒密度没有统一标准，故检测结果的判断依据采用厂家内控标准（密度差≤0.2g/cm3）。由表1的密度测试结果可见，不同位置的密度波动较小，任意两个样品的密度差均在厂家内控标准的波动范围内。
通过对1043隔离开关B、C相间绝缘棒进行X光、玻璃化转变温度以及密度检测，结果并未发现绝缘棒存在内部缺陷和固化工艺不良问题。因此，绝缘棒发生绝缘击穿与绝缘棒自身质量无关。
事实上，根据运行经验，绝缘棒表面吸附灰尘杂质可能造成绝缘棒沿面放电，而持续的局部放电会造成绝缘棒发生绝缘故障。因此分析认为，1043隔离开关气室在厂内安装或现场安装时，存在安装环境清洁度控制不良或充气时充气管路不清洁的情况，从而造成该隔离开关气室内清洁度降低，运行后在电场作用下，灰尘或杂质逐渐聚集在A、B相间绝缘棒上，引起短路故障，造成第1次跳闸，在短路电流的作用下，绝缘棒因电弧高温局部发热从而导致裂纹产生，第2次自动重合闸时故障电流使绝缘棒裂纹加剧，在第3次试送电时，故障电流使绝缘棒完全炸裂。
根据上述分析，认为现场安装过程中环境控制不良，或充气管路不清洁造成灰尘杂质进入气室内，是造成此次GIS绝缘故障的主要原因。
4 结语
综上所述，GIS设备具有良好的应用价值，在电力系统中的应用较为广泛，但是，在其运行过程中，由于安装过程中环境控制不当、产品质量问题等因素的影响，常常会出现绝缘故障，严重影响到电力系统的安全运行。因此，要加强对GIS设备部件的质量审核工作，确保产品的质量，同时在安装过程中要严格按照规范标准进行操作，并做好运行维护工作，从而确保设备的安全运行。
参考文献：
[1]500kV GIS隔离开关绝缘拉杆故障分析[J].张寒，张轩，刘秀，刘文涛.云南电力技术.2016（02）
[2]一起气体绝缘组合电器事故原因分析及建议[J].李涛，杜晓平，蒋瑞金，孙学武.山东电力技术.2014（01）
论文作者:陈少帅
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/22
标签：故障论文; 密度论文; 温度论文; 设备论文; 杂质论文; 玻璃化论文; 灰尘论文; 《基层建设》2017年5期论文;