GIS(Gas Insulated Switchgear，氣體絕緣金屬封閉開關(guān))設(shè)備是由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、母線等元件直接聯(lián)到一起，封閉在接地的金屬外殼內(nèi)，殼內(nèi)充以額定壓力的SF6氣體作為滅弧介質(zhì)。

近年來，隨著城市電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，GIS變電站的數(shù)量不斷增加。GIS因其具有的諸多優(yōu)點，已經(jīng)成為主導(dǎo)電力設(shè)備。但是，由于電力GIS設(shè)備本身的封閉性，使得故障檢測和診斷相對困難，同時該類設(shè)備內(nèi)部場強(qiáng)又很高，一旦出現(xiàn)內(nèi)部缺陷，極易發(fā)生設(shè)備故障。

GIS在現(xiàn)場安裝后，需進(jìn)行耐壓試驗，來驗證其運(yùn)輸和安裝過程中是否受損以及檢查其重新組裝的正確性、嚴(yán)謹(jǐn)性。在2011年一次110kVGIS耐壓試驗過程中，暴露出GIS設(shè)備內(nèi)部安裝所存在的問題。

1 發(fā)現(xiàn)問題

在一個110kV新站安裝工程中，完成GIS避雷器安裝后，對避雷器與GIS整體進(jìn)行了絕緣耐壓試驗。在試驗工作進(jìn)行至#1主變進(jìn)線B相避雷器交流項目——持續(xù)運(yùn)行電壓下的阻性電流及2mA下工頻參考電壓測試時，當(dāng)電壓加至8kV，ZSBL-2氧化鋅避雷器分析儀出現(xiàn)故障，RCD-4避雷器阻性電流測試儀卡死。接著對#1主變進(jìn)線A、C相避雷器進(jìn)行測試，試驗數(shù)據(jù)合格。

與此同時，在B相試驗過程中，一方面采用避雷器計數(shù)器觀察其在加壓過程的全電流變化；另一方面對避雷器進(jìn)行局放測試。當(dāng)電壓加至11kV時，在避雷器與電纜終端的法蘭面處收集信號的PDM2000局放測試儀出現(xiàn)了明顯的局部放電信號，且放電信號大大超出儀器量程。同時可聽見GIS避雷器罐體靠近法蘭面處有輕微的嗡嗡聲。

在各GIS間隔所有盆式絕緣子附近用利用外置式 UHF 傳感器，可以接收到從這些部位泄漏出來的局部放電特高頻電磁波信號。在對#1主變進(jìn)線間隔B相避雷器進(jìn)行耐壓時候，升壓至8kV左右，耐壓設(shè)備電流指針擺動劇烈，甚至出現(xiàn)過流。#1主變進(jìn)線間隔避雷器盆式絕緣子附近接收到特高頻電磁波信號圖譜如圖1所示：

圖1 B相避雷器耐壓局放對應(yīng)的波形

隨后對試驗不合格的避雷器進(jìn)行了整體拆卸，發(fā)現(xiàn)避雷器氣室與電纜倉氣室連接處，B相導(dǎo)體和觸頭螺絲存在放電痕跡，A相導(dǎo)體有螺帽印痕，如圖2、圖3所示：

圖2 B相避雷器解體后檢查情況

圖3 B相避雷器解體后檢查情況

2 原因分析

2.1 鑒于避雷器未安裝前，GIS設(shè)備單獨進(jìn)行耐壓試驗已通過(8.4kV)，而且避雷器安裝后A、B、C三相阻性電流測試均合格，基本排除GIS和避雷器本身存在缺陷導(dǎo)致放電的可能性。

2.2 避雷器在裝配外觀上，附在避雷器上的在線監(jiān)測儀正面觀察視線與墻面有60°角差，而廠家資料顯示在線監(jiān)測儀是與墻面平行的，就是說安裝的避雷器與設(shè)計圖所示的避雷器有一個約60°角的偏差。從外觀角度上看避雷器安裝是錯誤的。由此可以斷定避雷器與GIS的安裝角度發(fā)生錯位。

圖4 安裝錯位的避雷器比較

2.3 避雷器解體后我們對放電的導(dǎo)體和觸頭進(jìn)行了詳細(xì)的檢查，并對導(dǎo)體、安已裝的觸頭、待安裝觸頭直徑進(jìn)行了尺寸量取，如表1所示。

表1 避雷器部件實際測量

1）放電的直接原因

由此可見，安裝在避雷器上的觸頭不符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸，而剩余待安裝的觸頭才是避雷器應(yīng)安裝的觸頭。觸頭導(dǎo)體與錯誤的觸頭在內(nèi)徑上有10mm左右的差距，若安裝上去，導(dǎo)體與觸頭接觸將會出現(xiàn)三種狀態(tài)：一是導(dǎo)體與觸頭靠邊緣接觸，二是導(dǎo)體通過螺帽與觸頭接觸，三是完全不能接觸。因此避雷器觸頭存在錯誤安裝，避雷器觸頭與PT觸頭混淆調(diào)轉(zhuǎn)安裝，這是耐壓試驗過程中產(chǎn)生放電的直接原因。

2）兩種觸頭外觀比較

我們對兩種觸頭進(jìn)行了外觀上的比較。左上圖為避雷器上的旋轉(zhuǎn)式觸頭，有粉紅色絕緣材料的澆注，螺絲安裝底座和接觸觸頭分列兩邊。右上圖為裝在PT上的直插式觸頭，安裝底座與觸頭在同一個軸線上。很顯然，兩種觸頭有著完全不同結(jié)構(gòu)和功能。

圖5 避雷器觸頭與PT觸頭對比

3）角度偏差的原因

由于避雷器上的是旋轉(zhuǎn)觸頭，PT觸頭是直插式觸頭，兩種觸頭在同一個地方拼裝后會有一個60°角的偏差，這與外形上偏60°是吻合的。

2.4 耐壓試驗放電原因分析

由于觸頭裝上彈簧后會使兩邊各有4mm內(nèi)徑的減少，所以50mm的導(dǎo)體與54mm的觸頭配合接觸后，會是緊固并良好接觸的；當(dāng)用50mm的導(dǎo)體與62.8mm的觸頭配合接觸后，即使觸頭裝上彈簧也是相差甚遠(yuǎn)。這種情況下耐壓試驗使其帶電，導(dǎo)體與觸頭就會出現(xiàn)前面提到的邊緣接觸、螺絲接觸、完全不接觸三種接觸狀態(tài)。

在試驗過程中，如圖6所示。

①A相帶電導(dǎo)體與觸頭靠右邊邊緣接觸， 左邊螺絲與導(dǎo)體有擠壓，螺絲、導(dǎo)體、觸頭同一電位，不會產(chǎn)生放電；

②B相帶電導(dǎo)體和觸頭、螺絲和帶電導(dǎo)體都沒有互相接觸，由于左邊的螺絲離帶電導(dǎo)體間隙最小，產(chǎn)生電位差放電，其它兩顆與導(dǎo)體間隙稍大，但也產(chǎn)生輕微放電；

③C相帶電導(dǎo)體和觸頭靠左邊邊緣接觸，但接觸不完全，導(dǎo)體帶電后，亦存在電位差，有很輕微的放電；

④而#2間隔在同樣裝錯的情況下，卻沒有發(fā)生放電試驗不合格，因為工藝偏差，#2主變進(jìn)線間隔避雷器錯誤觸頭與導(dǎo)體能實現(xiàn)接觸，才能僥幸通過耐壓試驗。

圖6 避雷器結(jié)構(gòu)示意圖

2.5 螺帽“印記”產(chǎn)生原因

由于錯誤觸頭比正確觸頭底座厚4mm，所以安裝上錯誤觸頭之后螺絲距導(dǎo)體的間隙比正確間隙是會少4mm，造成螺絲擠壓導(dǎo)體的“撞底”事件也是必然的。

3 預(yù)控措施

1）避雷器觸頭與PT觸頭有著絕然不同的區(qū)別，廠家人員在設(shè)備安裝上負(fù)有不可推卸的責(zé)任。我們應(yīng)加強(qiáng)施工現(xiàn)場監(jiān)督管理，應(yīng)對廠家現(xiàn)場委派技術(shù)人員有一定的資歷要求，有相當(dāng)?shù)募寄芩剑⒂兄S富的現(xiàn)場經(jīng)驗。

2）GIS避雷器在安裝上并沒有體現(xiàn)其唯一性。同一個觸頭在兩個不同功能的位置都能安裝上去，而且避雷器筒體向左或向右旋轉(zhuǎn)120°亦可以實現(xiàn)裝拼，在避雷器安裝處只有在上法蘭有相應(yīng)A、B、C標(biāo)識，下法蘭沒有保證唯一位置的標(biāo)識，這一切都有可能導(dǎo)致觸頭的錯誤安裝。要求制造廠家在設(shè)計上作出優(yōu)化，使設(shè)備現(xiàn)場安裝時避免同類事件發(fā)生。

3) 如果觸頭錯誤安裝，只要螺絲與導(dǎo)體有接觸后，就能僥幸通過耐壓試驗項目。所以耐壓試驗手段未必能避免裝錯觸頭事件的發(fā)生。現(xiàn)場的施工方案或者作業(yè)表單上應(yīng)在各個環(huán)節(jié)細(xì)化，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范，防止錯誤安裝。

4 結(jié)論

安裝設(shè)備發(fā)生誤裝的情況在電氣安裝中是絕對不允許的，誤裝所造成后果的嚴(yán)重性和毀滅性不堪設(shè)想。我們應(yīng)吸取同類事故的教訓(xùn)，嚴(yán)把設(shè)備安裝流程和質(zhì)量的關(guān)，讓設(shè)備運(yùn)行沒有任何缺陷漏洞。

本文編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“一起GIS避雷器耐壓試驗不合格原因的分析”，作者為吳如祥。