兩起GIS現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)擊穿原因分析及建議

1、兩起GIS現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)擊穿原因分析及建議黃烜城 陳遲 儲(chǔ)海軍 韓文建（江蘇方天電力技術(shù)有限公司，南京，211102）摘要：近年來(lái)國(guó)網(wǎng)對(duì)GIS設(shè)備的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都做了補(bǔ)充，特別是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)的電壓、時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)都做了相應(yīng)的變更。在現(xiàn)場(chǎng)工作中由于耐壓屬于絕緣破壞性試驗(yàn)，部分試驗(yàn)廠家為避免打壞GIS設(shè)備的絕緣造成返工處理，耐壓時(shí)仍然堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)從低的原則，卻因此給設(shè)備的未來(lái)運(yùn)行埋下了安全隱患。我省在執(zhí)行高標(biāo)準(zhǔn)的半年多時(shí)間內(nèi)，已有多起廠家設(shè)備在耐壓試驗(yàn)過(guò)程中擊穿的事件發(fā)生，本文將就其中的兩起事件著重分析。關(guān)鍵詞：GIS 現(xiàn)場(chǎng)耐壓 絕緣缺陷 AE UHF1、 概述隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度的加快，土地資源逐漸成為稀缺資

2、源，部分廠站為節(jié)約用地成本或出于安全考慮都將相應(yīng)設(shè)備改為SF6充氣設(shè)備，造成短時(shí)間內(nèi)省內(nèi)GIS的井噴式發(fā)展。廠站為搶時(shí)間送電，往往造成設(shè)備安裝環(huán)境惡劣、安裝廠家忙中出錯(cuò)等狀況發(fā)生。我省近幾年相繼發(fā)生過(guò)多起投運(yùn)或運(yùn)行中的GIS突發(fā)故障，僅2012年一年就出現(xiàn)過(guò)兩例以上的故障，這其中既包括220kV也包括500kV的GIS系統(tǒng)，給電廠和輸變電系統(tǒng)都造成了較大的損失。結(jié)合近段時(shí)間內(nèi)幾起GIS現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)設(shè)備擊穿后的解體分析不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)耐受電壓的選擇和輔助檢測(cè)手段的應(yīng)用與GIS設(shè)備的絕緣缺陷發(fā)現(xiàn)有著密切的關(guān)系。2、 實(shí)例說(shuō)明2.1蘇州某變電站220kV GIS耐壓試驗(yàn)2012年5月公司承接蘇州某變電

3、站220kV GIS主絕緣及斷口耐壓試驗(yàn)，通過(guò)與廠家協(xié)商確定最終加壓方案后，在由1號(hào)主變進(jìn)線套管加壓至GIS母線的過(guò)程中發(fā)生擊穿，具體加壓流程如表1所示。加壓流程圖加壓次數(shù)0123456加壓流程（kV）127-252-322-3960-3940-3960-4100-2890-2400-197擊穿百分?jǐn)?shù)（%）8685.68689.162.852.242.8時(shí)間間隔（S）300-180-10-擊穿-180擊穿-180擊穿-1800擊穿-1800擊穿-180擊穿-180擊穿-180測(cè)試結(jié)果主變套管進(jìn)線地道未分閘到位盆式絕緣子擊穿備注圖中擊穿前為電壓持續(xù)時(shí)間，擊穿后為絕緣恢復(fù)時(shí)間。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)電壓460k

4、V，擊穿電壓百分?jǐn)?shù)=擊穿電壓值/出廠試驗(yàn)?zāi)褪茈妷骸１?.加壓流程圖從圖1的歷次擊穿電壓的趨勢(shì)圖中不難看出，當(dāng)由于GIS本體結(jié)構(gòu)缺陷造成GIS內(nèi)絕緣距離不足時(shí)，擊穿電壓保持相對(duì)穩(wěn)定，且與絕緣恢復(fù)時(shí)間的長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。當(dāng)內(nèi)部固體絕緣發(fā)生擊穿后，擊穿電壓則呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，擊穿趨勢(shì)與絕緣恢復(fù)時(shí)間的長(zhǎng)短也沒(méi)有相關(guān)性。廠家對(duì)GIS解體分析后證實(shí)母線氣室內(nèi)盆式絕緣子三相均發(fā)生擊穿，擊穿后的圖片如圖2所示。圖1 歷次擊穿電壓趨勢(shì)圖圖2 盆式絕緣子擊穿圖片2.2蘇州某電廠220kV GIS耐壓試驗(yàn)2012年11月蘇州某電廠委托我方完成220kVGIS主絕緣及斷口耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)方案經(jīng)由三方確認(rèn)后現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。在完成由主

5、變進(jìn)線套管加壓至齊備變進(jìn)線套管的過(guò)程中發(fā)生了擊穿。為確定具體的擊穿部位，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了AE(超聲局放)檢測(cè)。具體耐壓流程如表2所示。加壓流程圖加壓次數(shù)01234加壓流程（kV）127-252-322-4100-3300-2200-2300-370擊穿百分?jǐn)?shù)（%）89.171.747.85080.4時(shí)間間隔（S）300-180-10-擊穿-600擊穿-180擊穿-180擊穿-180030-擊穿輔助測(cè)量無(wú)AEAE AEAE測(cè)量結(jié)果無(wú)A相擊穿未能定位未能定位點(diǎn)定位成功，內(nèi)有異物備注圖中擊穿前為電壓持續(xù)時(shí)間，擊穿后為絕緣恢復(fù)時(shí)間。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)電壓460kV，擊穿電壓百分?jǐn)?shù)=擊穿電壓值/出廠試驗(yàn)?zāi)褪茈妷骸１?.

6、加壓流程圖圖3為AE現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試圖，其中超高頻傳感器為黃色信號(hào)(示波器通道1)，三個(gè)超聲傳感器分綠色(通道2)、紫色(通道3)、紅色(通道4)。3個(gè)超聲傳感器，其中綠色通道500mV/格，紫色和紅色通道200mV/格。從圖中可見(jiàn)，綠色信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它兩個(gè)通道的信號(hào)。因此判斷放電在綠色通道超聲傳感器所在的那一相即A相。（具體參見(jiàn)圖3中傳感器的位置）圖3為AE/UHF現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試圖圖4為歷次擊穿電壓的趨勢(shì)圖，據(jù)此可以發(fā)現(xiàn)GIS的內(nèi)絕緣水平與耐壓間歇時(shí)間有著密切的關(guān)系，隨著絕緣恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，耐壓水平逐步提升，但在提高到一定電壓后仍會(huì)擊穿。根據(jù)這一現(xiàn)象結(jié)合AE診斷的數(shù)據(jù)（如圖3所示），現(xiàn)場(chǎng)初步判定啟備變A相

7、進(jìn)線套管某處有異物存在，具體異物類型有待解體觀察。圖4 歷次擊穿電壓趨勢(shì)圖圖5為解體后在啟備變A相進(jìn)線套管的正下方發(fā)現(xiàn)已經(jīng)被打殘缺的橡皮圈，圖中的黑點(diǎn)為擊穿時(shí)留下的痕跡。經(jīng)廠家確認(rèn)該橡皮圈不屬于GIS內(nèi)部安裝配件，該元件的出現(xiàn)完全是由于安裝人員的疏忽從其它安裝輔件上遺落的。該橡皮圈如果長(zhǎng)期滯留在運(yùn)行中的GIS本體內(nèi)其后果不堪設(shè)想。圖5 絕緣異物擊穿圖片3、 原理分析GIS 組合電器基本是由斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、連接件等單元組成，這些單元均封閉在接地的金屬罐體內(nèi)。其內(nèi)部充有一定壓力的SF6氣體，SF6具有優(yōu)異的滅弧和絕緣能力。在GIS設(shè)備中, 由于導(dǎo)體

8、與外殼的絕緣依靠氣體介質(zhì)以及支撐的固體絕緣件, 因此, 被允許的最大場(chǎng)強(qiáng)決定于澆注樹(shù)脂支撐件中能容許的最大場(chǎng)強(qiáng)。GIS絕緣支撐件經(jīng)常采用氧化鋁增強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂澆注成型,其電氣強(qiáng)度高于纖維增強(qiáng)絕緣件, 但是澆注的絕緣件的機(jī)械性能不足。纖維增強(qiáng)材料由于其各向異性，形成缺陷如孔洞、纖維脫粘、層間脫粘的可能性較大，而且纖維與基體的界面也是弱點(diǎn)區(qū)域,可直接導(dǎo)致局部放電?！?】而固體介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度與電壓作用的時(shí)間有很大關(guān)系，一旦擊穿，絕緣無(wú)法自行恢復(fù)。在電壓多次作用下，局部損傷會(huì)逐漸擴(kuò)大，致使其擊穿電壓Um越來(lái)越低【2】。而影響SF6氣體擊穿場(chǎng)強(qiáng)的因素有很多，主要包括電極表面缺陷（表面粗糙度，隨機(jī)缺陷），導(dǎo)

9、電微粒（固定微粒，自由微粒），固體介質(zhì)（沿面放電）。從出廠及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)踐證明，影響耐壓效果的最主要因素是絕緣體表面粗糙度和氣室內(nèi)雜質(zhì)的危害。SF6氣體對(duì)由電極表面缺陷而引起的微觀電場(chǎng)不均勻狀態(tài)十分敏感，當(dāng)SF6氣體壓力與表面粗糙度之積大于8 MPa·m 或SF6氣體壓力與導(dǎo)電微粒長(zhǎng)度之積大于7 MPa·m 時(shí)， 會(huì)引起局部電場(chǎng)畸變及強(qiáng)化， 降低了放電電壓；當(dāng)氣壓與粗糙度之積為40MPa·m 時(shí)，擊穿電壓將下降一半; 當(dāng)導(dǎo)電微粒長(zhǎng)度為1 mm 時(shí)，擊穿電壓將下降30%；導(dǎo)電微粒長(zhǎng)度為100 mm 時(shí)，擊穿電壓將下降70%。因此無(wú)論在工廠或現(xiàn)場(chǎng)都應(yīng)做耐壓或局部放電試驗(yàn)

10、， 以驗(yàn)證SF6充氣設(shè)備是否存在致命的絕緣性能缺陷?！?】4、 總結(jié)（1）在蘇州某電廠的GIS試驗(yàn)中，導(dǎo)致?lián)舸┌l(fā)生的非導(dǎo)電微粒長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于1mm，但因此導(dǎo)致?lián)舸╇妷航祬s遠(yuǎn)小于30%Um?？梢?jiàn)對(duì)絕緣類異物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)在耐壓系數(shù)上與導(dǎo)電微粒存在較大的差異，發(fā)現(xiàn)該類異物質(zhì)的擊穿電壓要遠(yuǎn)高于同體積的導(dǎo)電微粒。因此在與廠家商洽耐壓方案的過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)耐受電壓應(yīng)盡量滿足出廠耐受電壓Um的最高值。上述兩起試驗(yàn)中的擊穿電壓都超過(guò)80%Um，且發(fā)現(xiàn)的故障類型呈現(xiàn)多樣性，充分說(shuō)明在80%-100%Um電壓區(qū)間內(nèi)能夠有效的發(fā)現(xiàn)包括盆式絕緣子、絕緣異物、本體構(gòu)造等多種絕緣缺陷。（2）重復(fù)加壓時(shí)，相鄰兩次加壓過(guò)程的絕緣恢復(fù)時(shí)間

11、應(yīng)盡量延長(zhǎng)，建議為15-30分鐘，從蘇州的兩起試驗(yàn)中可以看出，由于絕緣恢復(fù)時(shí)間充足，絕緣異物類擊穿的電壓會(huì)產(chǎn)生較大的反彈，而其它類型的擊穿電壓則與絕緣恢復(fù)水平?jīng)]有直接關(guān)系，據(jù)此可以有效的判斷擊穿類型，避免多次重復(fù)加壓。（3）由于GIS安裝間隔多、現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜等原因，現(xiàn)場(chǎng)加壓時(shí)為減少多次拆卸、吊裝等帶來(lái)的不安全因素，多根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況采用事宜的加壓方式。因此耐壓試驗(yàn)中應(yīng)配合局放試驗(yàn)，試驗(yàn)中可以采用靜態(tài)探頭定位布置的方式預(yù)備進(jìn)行局放檢測(cè)。通過(guò)該方式可以在發(fā)生擊穿時(shí)有效及時(shí)的確定擊穿相甚至是擊穿的具體部位，避免多次加壓對(duì)GIS非擊穿相絕緣的破壞。（4）發(fā)生擊穿故障后，在故障處理之前應(yīng)對(duì)故障部位的氣體等相關(guān)絕緣要素著重分析后再交由廠家處理或經(jīng)廠家同意后與廠家共同處理。規(guī)范故障處理流程，有助于提高現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)的成功率。5.參考文獻(xiàn)：【1】絕緣材料通訊2000年 第2期 張顯友 陳偉 高壓電器用耐SF6絕緣材料的研究進(jìn)展【2】高電壓技術(shù)周澤存 沈其工 方瑜 王大忠 固體、液體和組合絕緣的電氣強(qiáng)度【3】電力建設(shè) 2