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摘 要：本文通过分析变电站GIS在运行过程中发生的典型故障，通过现场试验发现可能引起故障的原因，并提出具体解决措施，同时从设计、安装工艺、运行维护等多方面提出改进建议，为GIS设备的安全运行打下基础。
关键词：GIS；绝缘性能；密封性
中图分类号：TM595 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0046-02
前 言
GIS（SF6全封闭组合电器）相比常规的变电站一次设备具有体积小，占用空间小，故障率低，运行可靠性高，维护工作量小等优点，在110kV及以上变电站逐渐广泛使用。GIS设备现场安装要求非常高，在安装过程中稍有不慎容易留下安全隐患。当GIS设备发生故障，尤其是内部故障时，由于GIS设备结构复杂，故障查找比较困难，现场停电检修时间长，停电影响范围广，对电网的安全稳定运行影响很大。本文对变电站GIS试验典型故障进行分析研究，并从产品出厂质量控制、现场安装调试及运行维护等各个环节来提出建议，以降低GIS设备的故障率。
1 绝缘故障
1.1 典型案例分析
某500kVGIS开关站I母两套母差保护动作，试验人员在设备解体后检查发现I母某间隔的母线刀闸A相SF6气室与CT气室间的盆式绝缘子发生了放电闪络故障，刀闸内部被击穿，盆式绝缘子有明显的烧伤裂痕，刀闸传动杆及气室外罩有损坏现象。故障原因分析如下：盆式绝缘子是环氧浇注件，在生产过程中受多重因素的影响如固化时间、温度等，内部存在气隙或气孔，存在隐患。盆式绝缘子在运行过程产生的应力进一步扩大了隐形缺陷，而长期的局部放电再次加剧了隐患，直到达到临界条件时引发了绝缘击穿。
1.2 常见故障原因分析与解决措施
GIS发生绝缘故障主要的两大表现为局部放电和内部闪络击穿，最常见且影响最大的是闪络击穿，一般发生在支持绝缘子、盆式绝缘子上，还有就是断路器绝缘拉杆断裂而引起相对低击穿短路。
1.2.1 盆式绝缘子沿面放电
盆式绝缘子沿面爬电距离不够是盆式绝缘子沿面放电的主要原因之一。一般而言，盆式绝缘子的爬电距离的设计都是以没有外界因素干扰为前提刚好达到临界点的。但在设备运行中，并不能完全排除安装工艺的不良，以及运行环境因素中导电粒子的影响，这就容易导致盆式绝缘子在运行过程中发生沿面放电闪络。所以，应将上述影响因素综合考虑，在设计时适当增加盆式绝缘子的爬电距离，以提高其抗干扰能力。
1.2.2 GIS内部存在大量自由微粒
GIS内部存在大量自由微粒如电弧粉尘等形成放电通道，从而发生局部放电而产生不良后果。GIS内部自由微粒一般来自安装现场环境，而在GIS安装过程中严格执行安装标准，如将气室露空时间尽量缩到最短，对暂时无法封闭的气室必须采用临时封盖措施，安装调试人员必须穿戴专用的工作服等，可以有效的降低GIS内部自由微粒。
1.2.3 悬浮电位放电
GIS设备气室外壳内部表面或导体表面如果存在毛刺，会影响设备在运行过程中电场的均匀分布，使得局部电场强度剧增，导致在GIS内部绝缘薄弱处产生悬浮放电，从而产生不良影响。所以，在安装调试时必须检查和保证GIS设备气室外壳内部表面或导体表面的光洁度，保证没有毛刺。
2 密封不良
2.1 典型案例分析
运行人员在某110kV GIS变电站巡视时发现E06间隔的Q1Q62气室和E05间隔断路器气室发现泄漏，试验人员现场检查后判断为E06间隔的Q1Q62气室的断路器拐臂处及密度继电器接头处漏气。故障原因分析如下：断路器拐臂处采用了三组唇型密封圈，其中一组唇口朝外装配只有起到抽真空时密封效果，没有内部SF6气体密封作用。而另外两组唇口朝内装配，以达到双重密封SF6气体的效果。造成此次SF6气体泄漏的原因是两组中的内侧一组密封圈唇口外翻，经判断应该是安装人员在安装调试过程中将和密封圈配合的花键轴拔离原位置后，复位时并没有发现内侧密封圈外翻，没有安装正确。而在设备运行中，断路器的分合闸动作会磨损外翻的密封圈，同时SF6气体具有0.6MPa压强不断的向外顶开外翻的唇口，而导致变形的密封圈将第二道密封圈（两组内装的密封圈的另外一个）压住，形成泄漏通道。
这是一起由于安装调试工艺导致密封圈密封性能受到影响而发生的SF6气体泄漏事件。
2.2 常见故障原因分析与解决措施
GIS密封不良主要表现为SF6气体泄漏，而SF6气体泄漏会使其密度和纯度发生变化，会直接影响到高压断路器的灭弧性及绝缘性能，影响很恶劣。而SF6气体泄一般发生在充气阀、压力表及法兰密封面上。目前国内变电站GIS一般采用进口高品质充气阀和压力表，发生气体泄漏的概率很低。所以，SF6气体的主要泄漏点在于法兰密封面，可以从产品质量控制及现场安装调试等方面去分析。
2.2.1 橡胶圈材质不合格
很多变电站的GIS设备在投运初期并没有出现密封性不良的问题，而是随着运行时间增加却发生了明显的泄漏现象。这一般都是由于使用的橡胶密封圈材质不合格，在设备运行一段时间后弹性失效导致的。GIS使用最广泛的密封圈是采用橡胶材质的，应从回弹性、压缩后的永久变形率及硬度来综合考虑其使用的材料，目前普遍采用的材质为三元乙丙橡胶。
2.2.2 法兰密封面处理不当
对法兰密封面处理不当最常见也是最容易发现泄漏的部件。处理法兰密封面的关键在于密封槽，要求安装前，在法兰密封面不能留下任何径向贯穿划痕的前提下，将密封槽及密封面中的密封脂清洁干净，这对安装人员的施工工艺要求非常高。
2.2.3 法兰密封面对接工艺不合格
如果两个罐体对接的中心线不对称，会在法兰密封结合面上产生极大的扭矩从而导致密封圈移位而脱离密封槽，从而造成密封性不良。所以，为了避免此类情况的发生，应在罐体拼接时应用定位棒引导定位法兰密封面，緩慢匀速对接靠拢，并按对称均衡原则插入并紧固螺栓。
2.2.4 密封圈的密封工艺不过关
密封圈的质量问题是引发SF6泄漏的原因气体泄漏的原因之一，而对于密封圈的检查和清洁工作如果不到位，如上述发生SF6气体泄漏案例，同样会引起缺陷。一般通过外观检查可发现密封圈一般性缺陷，如表面凹凸不平或有裂痕等。但对于内部空腔问题，只能通过实验人员借助真空硅脂来判断。具体做法如下：在密封圈上抹上真空硅脂，用一只手的两根手指捏紧密封圈，然后另外一只手来缓慢拉伸，通过捏紧密封圈的手指感觉来判断是否存在内部空腔问题。而目前比较棘手的是没有有效的手段来检测密封性塑性变形的缺陷，只能是通过防范性措施来尽量减少此类缺陷：在最后一次封闭气室时强制要求使用新的密封圈。
3 其他典型故障
除了上述两类故障外，还有其他典型故障如元件机械特性缺陷。最典型常见的机械特性故障是断路器操动机构液压机构故障，表现为控制阀失灵和漏油，从而引发断路器误跳，闭锁而不得不停运。目前国内通过推广缺性能极佳的弹簧储能液压机构来减少储能机构的缺陷率，同时注重压力容器及管道的密封性能以减少漏油现象发生。
4 结束语
针对变电站GIS试验典型故障进行分析表明，故障发生的原因大多数是由于产品质量不合格，安装工艺控制不严格以及运行维护不当引起的。为了提高GIS安全运行可靠性，应从严格控制产品出厂质量，提高现场安装调试质量，保证交接试验全面合格，认真做好日常维护检查，降低故障发生率。
参考文献
[1]陈 仓，张 杰，等.GIS典型绝缘故障案例及原因分析[J].电瓷避雷器，2013（6）：7～10.
[2]汤铭华.GIS组合电器典型故障分析及改进[D].华南理工大学，2013.
[3]刘安宏.GIS耐压试验问题的探讨[J].科技传播，2011（6）：196～197.
收稿日期：2018-8-11
关键词：GIS；绝缘性能；密封性
中图分类号：TM595 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0046-02
前 言
GIS（SF6全封闭组合电器）相比常规的变电站一次设备具有体积小，占用空间小，故障率低，运行可靠性高，维护工作量小等优点，在110kV及以上变电站逐渐广泛使用。GIS设备现场安装要求非常高，在安装过程中稍有不慎容易留下安全隐患。当GIS设备发生故障，尤其是内部故障时，由于GIS设备结构复杂，故障查找比较困难，现场停电检修时间长，停电影响范围广，对电网的安全稳定运行影响很大。本文对变电站GIS试验典型故障进行分析研究，并从产品出厂质量控制、现场安装调试及运行维护等各个环节来提出建议，以降低GIS设备的故障率。
1 绝缘故障
1.1 典型案例分析
某500kVGIS开关站I母两套母差保护动作，试验人员在设备解体后检查发现I母某间隔的母线刀闸A相SF6气室与CT气室间的盆式绝缘子发生了放电闪络故障，刀闸内部被击穿，盆式绝缘子有明显的烧伤裂痕，刀闸传动杆及气室外罩有损坏现象。故障原因分析如下：盆式绝缘子是环氧浇注件，在生产过程中受多重因素的影响如固化时间、温度等，内部存在气隙或气孔，存在隐患。盆式绝缘子在运行过程产生的应力进一步扩大了隐形缺陷，而长期的局部放电再次加剧了隐患，直到达到临界条件时引发了绝缘击穿。
1.2 常见故障原因分析与解决措施
GIS发生绝缘故障主要的两大表现为局部放电和内部闪络击穿，最常见且影响最大的是闪络击穿，一般发生在支持绝缘子、盆式绝缘子上，还有就是断路器绝缘拉杆断裂而引起相对低击穿短路。
1.2.1 盆式绝缘子沿面放电
盆式绝缘子沿面爬电距离不够是盆式绝缘子沿面放电的主要原因之一。一般而言，盆式绝缘子的爬电距离的设计都是以没有外界因素干扰为前提刚好达到临界点的。但在设备运行中，并不能完全排除安装工艺的不良，以及运行环境因素中导电粒子的影响，这就容易导致盆式绝缘子在运行过程中发生沿面放电闪络。所以，应将上述影响因素综合考虑，在设计时适当增加盆式绝缘子的爬电距离，以提高其抗干扰能力。
1.2.2 GIS内部存在大量自由微粒
GIS内部存在大量自由微粒如电弧粉尘等形成放电通道，从而发生局部放电而产生不良后果。GIS内部自由微粒一般来自安装现场环境，而在GIS安装过程中严格执行安装标准，如将气室露空时间尽量缩到最短，对暂时无法封闭的气室必须采用临时封盖措施，安装调试人员必须穿戴专用的工作服等，可以有效的降低GIS内部自由微粒。
1.2.3 悬浮电位放电
GIS设备气室外壳内部表面或导体表面如果存在毛刺，会影响设备在运行过程中电场的均匀分布，使得局部电场强度剧增，导致在GIS内部绝缘薄弱处产生悬浮放电，从而产生不良影响。所以，在安装调试时必须检查和保证GIS设备气室外壳内部表面或导体表面的光洁度，保证没有毛刺。
2 密封不良
2.1 典型案例分析
运行人员在某110kV GIS变电站巡视时发现E06间隔的Q1Q62气室和E05间隔断路器气室发现泄漏，试验人员现场检查后判断为E06间隔的Q1Q62气室的断路器拐臂处及密度继电器接头处漏气。故障原因分析如下：断路器拐臂处采用了三组唇型密封圈，其中一组唇口朝外装配只有起到抽真空时密封效果，没有内部SF6气体密封作用。而另外两组唇口朝内装配，以达到双重密封SF6气体的效果。造成此次SF6气体泄漏的原因是两组中的内侧一组密封圈唇口外翻，经判断应该是安装人员在安装调试过程中将和密封圈配合的花键轴拔离原位置后，复位时并没有发现内侧密封圈外翻，没有安装正确。而在设备运行中，断路器的分合闸动作会磨损外翻的密封圈，同时SF6气体具有0.6MPa压强不断的向外顶开外翻的唇口，而导致变形的密封圈将第二道密封圈（两组内装的密封圈的另外一个）压住，形成泄漏通道。
这是一起由于安装调试工艺导致密封圈密封性能受到影响而发生的SF6气体泄漏事件。
2.2 常见故障原因分析与解决措施
GIS密封不良主要表现为SF6气体泄漏，而SF6气体泄漏会使其密度和纯度发生变化，会直接影响到高压断路器的灭弧性及绝缘性能，影响很恶劣。而SF6气体泄一般发生在充气阀、压力表及法兰密封面上。目前国内变电站GIS一般采用进口高品质充气阀和压力表，发生气体泄漏的概率很低。所以，SF6气体的主要泄漏点在于法兰密封面，可以从产品质量控制及现场安装调试等方面去分析。
2.2.1 橡胶圈材质不合格
很多变电站的GIS设备在投运初期并没有出现密封性不良的问题，而是随着运行时间增加却发生了明显的泄漏现象。这一般都是由于使用的橡胶密封圈材质不合格，在设备运行一段时间后弹性失效导致的。GIS使用最广泛的密封圈是采用橡胶材质的，应从回弹性、压缩后的永久变形率及硬度来综合考虑其使用的材料，目前普遍采用的材质为三元乙丙橡胶。
2.2.2 法兰密封面处理不当
对法兰密封面处理不当最常见也是最容易发现泄漏的部件。处理法兰密封面的关键在于密封槽，要求安装前，在法兰密封面不能留下任何径向贯穿划痕的前提下，将密封槽及密封面中的密封脂清洁干净，这对安装人员的施工工艺要求非常高。
2.2.3 法兰密封面对接工艺不合格
如果两个罐体对接的中心线不对称，会在法兰密封结合面上产生极大的扭矩从而导致密封圈移位而脱离密封槽，从而造成密封性不良。所以，为了避免此类情况的发生，应在罐体拼接时应用定位棒引导定位法兰密封面，緩慢匀速对接靠拢，并按对称均衡原则插入并紧固螺栓。
2.2.4 密封圈的密封工艺不过关
密封圈的质量问题是引发SF6泄漏的原因气体泄漏的原因之一，而对于密封圈的检查和清洁工作如果不到位，如上述发生SF6气体泄漏案例，同样会引起缺陷。一般通过外观检查可发现密封圈一般性缺陷，如表面凹凸不平或有裂痕等。但对于内部空腔问题，只能通过实验人员借助真空硅脂来判断。具体做法如下：在密封圈上抹上真空硅脂，用一只手的两根手指捏紧密封圈，然后另外一只手来缓慢拉伸，通过捏紧密封圈的手指感觉来判断是否存在内部空腔问题。而目前比较棘手的是没有有效的手段来检测密封性塑性变形的缺陷，只能是通过防范性措施来尽量减少此类缺陷：在最后一次封闭气室时强制要求使用新的密封圈。
3 其他典型故障
除了上述两类故障外，还有其他典型故障如元件机械特性缺陷。最典型常见的机械特性故障是断路器操动机构液压机构故障，表现为控制阀失灵和漏油，从而引发断路器误跳，闭锁而不得不停运。目前国内通过推广缺性能极佳的弹簧储能液压机构来减少储能机构的缺陷率，同时注重压力容器及管道的密封性能以减少漏油现象发生。
4 结束语
针对变电站GIS试验典型故障进行分析表明，故障发生的原因大多数是由于产品质量不合格，安装工艺控制不严格以及运行维护不当引起的。为了提高GIS安全运行可靠性，应从严格控制产品出厂质量，提高现场安装调试质量，保证交接试验全面合格，认真做好日常维护检查，降低故障发生率。
参考文献
[1]陈 仓，张 杰，等.GIS典型绝缘故障案例及原因分析[J].电瓷避雷器，2013（6）：7～10.
[2]汤铭华.GIS组合电器典型故障分析及改进[D].华南理工大学，2013.
[3]刘安宏.GIS耐压试验问题的探讨[J].科技传播，2011（6）：196～197.
收稿日期：2018-8-11