气体绝缘组合电器(GIS)事故原因分析及建议

发布时间：2020-06-03 18:09所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次

摘要：对于GIS组合电气设备事故，使用现有的常规与非常规化学和电气试验方法，对GISSF6隔离开关气室中闪络故障前后气体成分及隔离开关气室内的材料进行排查试验，仔细分析事故原因，事故发生的原因是隔离开关气室中的传动绝缘扭杆上的受力不均匀，从而损坏了

　　摘要：对于GIS组合电气设备事故，使用现有的常规与非常规化学和电气试验方法，对GISSF6隔离开关气室中闪络故障前后气体成分及隔离开关气室内的材料进行排查试验，仔细分析事故原因，事故发生的原因是隔离开关气室中的传动绝缘扭杆上的受力不均匀，从而损坏了绝缘扭杆，最终导致隔离开关气室中的绝缘击穿。本文对这些常见故障进行了简单的分析汇总。

　　关键词：GIS;事故原因;分析;建议

　　GIS组合电器的结构紧凑，绝缘性能好，维护成本低，被广泛应用于城市电网建设中。但是，在发生事故的情况下难以处理，供电的恢复速度很慢，而且处理的成本较高，为使用GIS组合电器带来了隐患。

　　设备试验及投运情况

　　故障前试验情况

　　2007年，220kv的变电站(甲站)由一家电力建设公司完成，其中包含全部电压等级GIS组合电器的安装工作，在电建试验所中，组合电器的SF6气体压力、微水量、泄漏量和密度控制器合格，电气单元设备合格。耐压试验使用395kV的电压，时间为一分钟。所有测试均通过，甲站才能被投入运行。在2008年进行春检，故障间隔所有气室微水试验数据符合标准且压力正常。

　　故障后试验情况

　　故障发生后，检查了每个气室SF。气压正常。录波仪记录事故发生前的工作电流为80-140A，故障电流为10-13kA。拆解检测出SO2和H2S气体的CT气室后，发现CT气室中有大量白色粉末物，并且大量的黑色粉末附着在断路器附近的侧绝缘盆上，电连接变黑，电连接基座具有少量的金属灼伤痕迹。进行了三个方面的测试分析。第一，SF6的微水测试结果表明，故障气室的微水大大超过了标准，达到800ppm。第二，SF6气体SO2、H2的检测：故障间隔对SO2和H2的定量检测，结果两次故障都在检出SO2、H2s的SF6CT气室中。在CT气室中找到了故障闪络部位。

　　动态离子对SF6总气体杂质含量和污染情况进行测试，结果如下。第一，1母线1#气室和2#气室无杂质污染情况;第二，甲乙线断路器。1号主变下位CT，1号主变断路器气室，丙甲一线断路器低度污染;第三，甲乙一线上位CT，1号主变上位CT，丙甲一线下位CT气室中度污染;第四，甲乙一线下位CT(故障后)，丙甲一线上位CT气室高度污染。在解体检查过程中，少量黑色粉末粘附在丙甲一线上位CT气室(未发生故障)断路器侧绝缘盆子，电连接变黑，并且气室已经处于开始发生事故的临界值。黑色固体粉末的成分为Ag2S，故障后的黑色固体粉末的主要成分为硫化银和碳等[1]。

　　二、故障原因分析、腐蚀机理与验证

　　(一)故障原因分析

　　平高CT互感器气室与母线刀闸的气室连通，该气室的触点、绝缘体、电连接，底座等均为镀银工艺，电连接杆由铝合金制成，SF6气体包含了S元素。SF6在常温常压下具有很高的稳定性，仅在部分放电、电晕放电、电弧放电等情况下，才能分解形成化学上不稳定的腐蚀性硫化物，最后在SF6气室中镀银件形成硫化银。常规CT气室中使用的漆包线、聚酯薄膜和酚醛层压板等化学药品不含腐蚀性硫，但CT气室使用了两个硫化橡胶板。最终分析的结果确定了CT室中的腐蚀性硫应来自橡胶板中的硫。

　　(二)腐蚀性硫化银形成机理

　　除镀银部件外，CT气室中还具有铝合金导电杆和其他金属成分，当气室内的所有镀银层被腐蚀并饱和时，其他金属成分也会进一步腐蚀。银可与少量硫离子或硫化氢气体发生反应:2Ag++S2-→Ag2S(黑色产品)。产生灰黑色硫化银，随着反应进行，硫化银增多。颜色由白逐渐变黄变灰最后变黑。

　　机理验证

　　机理验证分为实验室验证和现场验证。第一，实验室验证是对由镀银部件，例如触点、绝缘子与硫化橡胶板之间发生化学反应而生成的硫化银机理的验证。实验一:将CT气室中5毫米厚的橡胶板和镀银的触头、电连接触座等镀银件放入三通筒体中，真空并填充0.45MPaSF6气体，放在70℃的烘干间，24小时后打开盖板。结果发现黑色耐油橡胶板直接接触的接触表面变黑，没有与耐油橡胶直接接触的触座、触指未变黑。

　　对发黑的触指成分分析表明，黑色物质是硫化银。实验二:若干漆包线，若干电线，一块5mm酚醛层压纸板，一排聚酯薄膜，一个触头，触指若干，将其放在三通筒体中，冲入0.4MPa的SF6气体置于80°C的烘干室中并在72小时后将其打开，结果是镀银面没有与CT中的其他化学物质反应。第二，现场验证。我们对2006年至2007年投产的LW105-252W同型号GIS设备进行监督和检查。结果发现，220kV丙站丙午二线下位CT气室被高度污染，在解体检修时，发现下位CT气室(无故障)断路器侧绝缘盆子上附着少量黑色粉末物，电连接变黑，该气室已经处于发生事故的临界状态。在1.0mg/cm2情况下，闪络电压为38.2kV，可以避免在带电清洗过程中发生闪络。

　　当向绝缘子串施加高压时，自由电子和正离子通过电场作用获得动能。如果粒子的动能大于电离能，则与原子碰撞会发生碰撞电离，进一步生成导电粒子，从而导致二次电子崩。电子衰崩会发展成流注，流注会形成先导，最终导致绝缘子串沿面闪烁。污秽绝缘子湿润后，盐密度越高，产生的导电离子越多，并且导电粒子的密度越高，导电通道的形成越快。因此，绝缘子串的闪络电压会随着盐密度升高而降低

　　[2]。

　　三、GIS事故正确处置方法

　　(一)应立即隔离事故间隔段。

　　(二)对未发生事故的母线套管内SF6气体进行气体成分分析，如分析结果正常，再进行送电恢复。

　　(三)如SF6气体成分分析不正常，则应将套管内绝缘已衰败的SF6气体抽出，当微水试验符合标准之后，再对套管充新的SF6气体。耐压、局放试验合格后再恢复送电。

　　四、GIS安装调试的注意事项

　　(一)制造商需要加强绝缘材料和瓷套管的质量控制。252kV或更高的绝缘拉杆总装之前，应先进行工频耐压和局部放电测试，而对于126kV或更高设备的盆式绝缘子，应逐只进行工频耐压和局部放电测试。252kV及以上设备的盆式绝缘子还应逐只进行x光探伤检测;252kV及以上瓷空心绝缘子应逐支进行超声纵波探伤检测。以上测试必须由GIS制造商完成，并且测试结果必须与工厂测试报告一起提交给用户。

　　(二)GIS装配时，制造厂应对GIS内部的螺丝进行反复拧卸，并清洁螺孔内的金属物，防止其落入罐体内发生放电现象。

　　(三)断路器、隔离开关和接地开关出厂试验时应进行至少200次的机械操作试验，保证触头充分磨合。200次操作完成后应清洁壳体内部，再进行其它出厂试验。

　　(四)GIS设备出厂绝缘试验应在完整间隔上进行，252kV及以上设备还应进行正负极性各三次的雷电冲击耐受电压试验。

　　(五)为防止盆式绝缘子老化和绝缘性能降低，GIS设备可采用带金属法兰的盆式绝缘子，但应预留窗口便于进行特高频局部放电检测。

　　结束语：GIS开关设备是一种成熟的气体绝缘金属封闭开关设备，在国内高压电力系统广泛使用。许多公司的电力系统220kV、110kV设备都采用这种先进的GIS开关设备。但该220kV电站投运多年以来GIS设备发生了几次大事故，给公司生产造成了严重的影响。

　　参考文献：

　　[1]唐松平,周舟,彭刚,etal.基于自适应神经模糊的GIS缺陷模式识别方法[J].计算机与数字工程,2019,47(9):2321-2326.

　　[2]秦金飞,朱琦,周玮,etal.基于经验小波与小波变换的GIS局部放电信号去噪方法研究[J].高压电器,2019(7):70-77.

　　作者：杨春飞

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