氣體絕緣組合電器（Gas Insulated Switchgear, GIS），因其小型化、智能化、無污染、運行成本低等特點隨著城市電網的快速發展而備受歡迎。盆式絕緣子作為GIS開關設備的重要組成部分，有著機械固定、電氣絕緣以及隔離氣室等作用。根據現場運行經驗表明，盆式絕緣子與SF6氣體界面的絕緣性能在很大程度上決定了GIS設備的可靠性。

根據國家電網公司近十年設備故障的統計，投運時間與故障率存在較大的關聯性，在GIS設備故障中，投運不足5年的占89.0%，不足1年的更是高達50.8%，是平均故障率的3.3倍，設備運行初期故障率偏高，按投運時間統計故障數及比例分布情況如圖1所示。

在電網運行中252kV GIS故障103起，占故障總數的56.3%，而異物導致的放電故障發生次數最多，故障影響最大，占29.0%。因此，GIS設備運行狀態評估方法是該領域的熱點問題。

圖1 按投運時間統計故障數及比例分布情況

目前，國內外對由于GIS盆式絕緣子表面存在金屬異物而引起的絕緣故障做了大量研究并取得了一定成果。

• 有學者主要集中研究金屬異物，采用金屬絲或體積稍大的金屬顆粒來模擬絕緣缺陷，探討了表面金屬異物對盆式絕緣子沿面放電的影響程度，為盆式絕緣子的狀態監測提供了重要參考和依據。
• 有學者在研究了金屬異物的基礎上又分析了四種非金屬異物對GIS殼體、導體和絕緣子的電場影響，但沒有對絕緣子表面位置及異物排列方式進行細分。
• 有學者主要對GIS實際運行狀態進行了評估研究，并根據具體的絕緣故障提出相應的檢測診斷方法。

因為在設備裝配、運輸或者運行過程中金屬屑落在絕緣子表面的位置和形式具有隨機性，所以除了金屬異物單一存在的情況，還需了解其排列方式對絕緣子沿面絕緣性能的影響。此外，裝配過程中容易遺留在絕緣子表面的毛發或纖維材質對其沿面絕緣性能的影響，在前人研究中未見提及。

本文針對五類異物對絕緣子局部電場的影響建立數值模型，并利用三維有限元分析方法對其進行仿真計算。

圖2 絕緣子凹凸面仿真計算簡化模型剖視圖

圖7 絕緣試驗工裝

異物防范處理措施

根據試驗結果，作者提出金屬/非金屬異物的防范措施。

1）金屬異物防范措施

• （1）GIS設計方面。制造廠應杜絕一味追求“小型化”而導致GIS殼體內部絕緣裕度降低，即使在設計時的理論電場強度可通過安全標準，但在絕緣裕度相對較小的空間只要存在金屬異物就極易造成放電。另外，可以在容易產生金屬屑的部位安裝金屬微粒測量裝置。盆式絕緣子應盡量不采用水平布置方式等。
• （2）裝配方面。制造廠應杜絕裝配后檢查清掃不完善或螺栓漏裝，緊固不到位而使GIS裝配或對接不夠緊密，最終因晃動摩擦而導致盆式絕緣子表面存在金屬異物的問題。
• （3）現場安裝方面。加強現場安裝的工藝管控，安裝過程嚴格按照工藝流程和相關文件執行。加強安裝人員管理和培訓，提高安裝隊伍的專業化程度。加強設備安裝過程的監督和管理，防止因操作不規范造成內部清理不到位等安裝質量問題。
• （4）運行維護方面。應加強對GIS的外觀及環境巡視，保證設備的清潔度符合要求；帶電檢測發現異常情況后，為了能對故障進行準確定位并判斷其故障類型，應對多種措施進行綜合比較再擇優選擇；對存在風險的缺陷必須及時停電檢修。

2）非金屬異物防范措施

• （1）現場安裝應采取有效防塵、防潮措施，安裝工作必須采用防塵棚，禁止露天對接安裝。對于特別重要的變電站，為了確保安裝環境的潔凈度可采用移動廠房等技術手段。
• （2）GIS的孔、蓋等打開時，必須使用防塵罩進行封蓋。應避免在現場環境太差、塵土較多或鄰近區域正在進行土建施工等情況下進行工作。
• （3）對密封圈的硅脂涂抹應單件進行。涂抹硅脂的密封圈應盡快裝入密封槽內，以避免沾上異物，吸附灰塵，影響密封效果。最后用不掉纖維的白綢布將密封槽以外的硅脂擦洗干凈。
• （4）應避免涂抹過量，只要達到能輕輕留下指紋的程度即可。如果涂抹過量，就會因為脂預熱融化而影響絕緣效果。

結論

本文對影響252kV GIS盆式絕緣子絕緣性能的五類表面異物對其局部電場強度的影響進行了數值仿真和試驗分析，得出結論如下：

1）當金屬屑體積很小（底面半徑為1mm，高為2.5mm的錐體）且單一附著在盆式絕緣子表面時，不一定會誘發絕緣故障，但局部放電量變化較大，長久積累后很有可能導致沿面閃絡放電。而當金屬屑位于盆式絕緣子凸面低電位區時，片狀較線性更容易形成貫穿性放電通道而引起擊穿。

2）非金屬異物中，沙粒、毛發和硅脂的局部放電量都有一定程度上的變化，但由于沙粒的外形和成分等原因導致其局部放電最為明顯，即沙粒一類的無機物是一種潛在的容易誘發絕緣故障的非金屬異物，不容忽視。

3）毛發所屬一類的蛋白質或近似于纖維材質的有機物局部放電量較小，一般不會影響盆式絕緣子的絕緣性能。