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摘要：对220kV SF6气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）故障母线的解体检查、事故原因进行了介绍分析。因母线支持绝缘子制作和安装工艺控制不严等原因，造成绝缘子在运行过程中断裂，导致母线内部放电、故障跳闸。对今后的GIS设备安装和工艺提出了要求。
关健词：母线；故障；支持绝缘子
0 引言
GIS是将断路器、隔离开关、接地开关、避雷器和连接母线等封闭在金属壳体内，并注入优异灭弧和绝缘性能的SF6气体的封闭式组合电器[1]。其占地面积小，占用空间少，不受外界影响且运行安全可靠，得到了大力发展[2]。但GIS也有其固有的缺点，由于外部水分的渗入、导电杂质的存在、绝缘子缺陷及老化等因素影响，都可能导致GIS内部闪络故障[3]。GIS的全密封结构使故障的定位及检修比较困难[5]，事故后平均停电检修时间比常规设备长，其停电范围大，常涉及非故障元件。因此内部故障诊断将成为日后工作重点。
1 故障情况
500kV某变电站220kV #2母线故障，220kV母线差动保护动作，201、212、288开关跳闸。对故障的220kV#2母线GM62气室解体检查，发现291与202间隔之间的过渡母线气室内部C相支持绝缘子断裂，C相导体落于母线筒底部，掉落附近的筒体内部有严重的烧蚀痕迹。
2、现场解体检查情况
现场对故障的220kV#2母线GM62气室解体检查，具体情况如下：
1.291与202间隔之间的过渡母线气室内部C相支持绝缘子断裂，C相导体落于母线筒底部，掉落附近的筒体内部有严重的烧蚀痕迹（图2）。
2.B相（在筒体最下部）支持绝缘子沿面对筒体放电，A相支持绝缘子无异常。
3.GM62和GM52气室之间的盆式绝缘子无异常，GM62气室也未发现其它可能引起内部故障的异常情况。
4.母线筒体内壁有3处明显放电痕迹，均位于202与291间隔之间。通过检查母线导体、支持绝缘子和母线筒的放电痕迹，判断第1处为C相支持绝缘子断裂后过渡导体对母线筒体放电（有2个放电点），第2处为B、C相母线导体间及B相沿支持绝缘子、直接对地放电，第3处为A、B、C相母线导体间放电。
3、试验和计算情况
（一）试验情况
1.抗弯曲试验
选取1支完好绝缘子进行抗弯曲试验，力矩达到5386N•m时绝缘子断裂，满足不小于4900N•m的要求。
2.抗扭曲试验
选取1支完好绝缘子进行抗扭曲试验，力矩达到约3400N•m时因试验设备行程到最大值，无法继续增加扭曲力，致使试验终止，但未发生断裂。因设计要求值不小于3250N•m，固满足设计要求。
（二）计算情况
1.电动力影响
按照该GIS内部结构，当设备发生相间短路时，假设短路电流为50kA，计算绝缘子受到的电动力为20.25kN，方向为两支绝缘子沿线方向。由于绝缘子长度为186mm，则支持绝缘子切向弯矩为1883N•m。
2.重力影响
根据导电杆结构，最长的为3m，重量约18kg，支持绝缘子重力弯矩在切向为17N•m，受力方向与电动力方向相反。
通过上述计算可知，当设备发生相间短路时，短路电动力和重力对支持绝缘子的综合力矩为1866N•m，小于支持绝缘子4900N•m的要求。
（三）小结
综合抽检试验，判断故障的支持绝缘子不存在批次质量隐患。通过计算分析，在支持绝缘子完好情况下，相间短路产生的电动力不会造成绝缘子断裂。
4、原因分析
（一）绝缘子断裂与短路放电先后顺序分析
母线筒体内重组断裂后的C相导体绝缘子，B、C相导体之间的放电痕迹位置朝向不完全重合（图5），说明发生相间放电时B、C相的导体位置相比原始的安装位置已发生变化。
检查断开的支持绝缘子，在一侧断裂缝附近有放电喷溅痕迹，并沿外表面深入断裂面内部，但未覆盖全部断裂面（图6），说明发生放电时该绝缘子已存在裂缝，但裂缝并不大。
综上分析，判断放电发生在绝缘子断裂之后。
图6 断裂后的支持绝缘子
（二）绝缘子断裂原因分析
1.绝缘子本身存在质量问题
依据该支持绝缘子浇筑工艺流程，制作后固化过程中温度要求是127℃，时长保持16小时。检查损坏的支持绝缘子（编号PJ201509047）制造记录，发现其后固化过程时长约15小时，温度127℃，时长与要求不符。经追溯排查，发现在支持绝缘子制作过程中，浇注工没有及时将脱模产品放入烘箱进行二次固化，造成后固化时间缩短，不足16小时，从而使强度降低。
通常一炉共制作支持绝缘子3只，进一步排查该炉剩余的2只支持绝缘子（编号分别为PJ201509041、PJ201509044），其中编号为PJ201509044的支持绝缘子在出厂局放试验中不合格，被判废处理；另外编号为PJ201509041的支持绝缘子安装于GM62气室，为故障时发生沿面放电的B相支持绝缘子。
2.运行中的外力作用
检查断裂的支持绝缘子金属底板与筒体螺栓连接部位，4条螺栓中有2条痕迹明显，说明在厂内安装或运行过程中受力不均，导体-支持绝缘子-金属底板-母线筒体连接部位存在明显受力，并在运行中电动力作用下最终造成绝缘子断裂。
5、总结及建议
近几年，GIS在电力系统中应用越来越多，设备的安全可靠运行，真正考验的是设备的绝缘性能，因此对如何加强设备绝缘设计管控和设备绝缘件生产、安装等各环节的质量管控，我们应深刻分析、思考和总结。结合本文的故障分析，提出以下几点建议：
1）基建工程施工过程中，要求厂家加强GIS母线对接、内部安装环节的管理，提高安装质量。
2）要求生产厂家进一步加强产品制造质量管控，特别是对小型绝缘件提高抽检频次和数量，保证产品出厂质量。
参考文献：
[1] 邱炜 刘石.GIS设备现场交流耐压试验放电故障定位与分析[J].四川电力技术，2016，39（5）：67-70
[2] 林莘.现代高压电器技术[M].2版.北京：机械工业出版社，2011年
[3] 范圣业 张滨 孙君建.220kVGIS放电故障分析[J].科技传播，2014，6（2）：173-174
[4] 刘建华 郝捷 赵泽枫 等.一起GIS放电故障分析及对策[J].电测与仪表，2014，51（11）：125-128
论文作者:刘子豪,闻博,张峰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第7期
论文发表时间:2017/6/28
标签：绝缘子论文; 母线论文; 故障论文; 导体论文; 设备论文; 痕迹论文; 发生论文; 《电力设备》2017年第7期论文;