李晓梅

(国网山西省电力公司长治供电公司，山西 长治 046011)

GIS设备盆式绝缘子放电故障分析

李晓梅

(国网山西省电力公司长治供电公司，山西 长治 046011)

介绍了一起GIS组合电器设备盆式绝缘子放电故障的检查和诊断情况，通过故障现象判断和显微镜分析方法找出了故障的原因。为防止类似故障的再次发生，提出了严格作业工艺标准、加强运行维护等措施，确保GIS组合电器安全运行。

GIS盆式绝缘子；内部放电；故障分析

0 引言

某220kV变电站投产于2007年12月，110kV，220kV侧均采用室外GIS组合电器设备，且均为双母线接线。正常运行方式下，220kV南、北母并列运行，271，273，275，277，279，201断路器在南母运行，272，274，276，278，280，202断路器在北母运行。2012-01-06T21:32:27，该站220kV母差保护RCS915AB、SGB750动作跳闸，跳开270，271，273，275，277，279，201断路器，同时远跳各线路对侧断路器，220kV南母失电。

1 故障跳闸后现场检查情况

1.1 一次设备

站内设备无异物搭挂等现象。220kV南母第3母线气室与第4母线气室的隔离盆式绝缘子等电位连接片的第3母线气室侧螺丝处有明显漏气声音，用手触试有明显气流，泄漏气体有刺激性气味。第3母线气室压力表压力指示为0.54 MPa，第4母线气室压力表压力指示为0.53 MPa，两气室压力正在以0.01 MPa/10min的速率下降，并在监控后台相继出现压力降低告警信息。

1.2 二次设备

母差保护信息显示，该站220kV南母线发生B相接地故障并发展为三相短路故障。B相故障2 ms后保护动作，52 ms后2套母线保护均快速动作，切除母联270，271，273，275，277，279，201断路器，并发远跳令跳开各线路对侧断路器。

本次故障中，故障录波器录波完好。从录波图中可看出故障发展顺序为：B相→C相→A相→故障切除。

1.3 现场检测试验

(1) SF6气体成分测试。该变电站220kV南母第1，2，4，5母线气室SF6气体成分检查无异常，第3母线气室SF6气体成测试发现H2S含量3.0ppm(1 ppm=0.001‰ )，SO2气体含量60.9 ppm，微水含量211 ppm。因此，判断在第3母线气室内部存在放电现象。

图1 南母外观及漏气点示意

(2) 220kV南母绝缘电阻测试。A相对地102 MΩ，B相对地0.3 MΩ，C相对地22 MΩ；AB相间77 MΩ，BC相间20MΩ，CA相间95 MΩ。从绝缘测试结果分析，南母B相母线绝缘性能明显受损。

(3) 内窥镜检查。内窥镜仪器检查，查明故障点是南母第3，4母线气室之间绝缘盆放电。

1.4 故障部位解体检查

将南母线第3，4母线气室对接部位的绝缘盆及两侧罐体、第3母线气室伸缩节拆除，解体检查发现故障情况与内窥镜检查基本一致。

绝缘盆的第3母线气室侧表面三相放电，自B，C相导体处出现绝缘盆裂纹，裂纹贯通至B相导体对应的底部绝缘盆边缘，且局部有破损掉块；第3母线气室靠近绝缘盆处导体有放电痕迹；第3母线气室内粉尘严重，向第2母线气室方向延伸粉尘量渐减；第3母线气室端部罐内壁熏黑。

绝缘盆第4母线气室(见图2)侧表面也有裂纹，位置与另一面对应，裂纹略短，同时也有局部掉块现象；气室内无粉尘，导体、支柱绝缘子未受损。

图2 绝缘盆第4母线气室侧表面裂纹、B相局部破损

2 故障原因分析

2.1 故障现象判断

通过对故障后现场检查情况的分析，可确认故障由3，4母线气室对接绝缘盆引起。该绝缘盆在安装时受到隐性的轻微损伤，损伤点位于B相导体处。在长时间运行的振动力作用下，损伤点开裂，并向下顺盆底延伸；当裂纹扩展至凹面边缘时，使B相对地距离达到了最小极限，瞬间形成B相导体对地放电，放电瞬间罐体内部绝缘性能急剧下降，导致三相短路跳闸。三相短路时，产生极大的电动力，使绝缘盆裂纹从渐变转为突变，瞬间从凹面边缘裂点扩散，分别裂至盆底边及C相导体方向，并在凹面边缘裂点处破碎。三相短路放电时，SF6气体分解、劣化，形成白色粉末(SF6气体在电弧作用下的分解物与铝质导体的反应物)。在B相导体至盆底边缘形成裂纹后，气室内气体向外泄漏。

2.2 实验室深度分析

2.2.1 显微镜观察分析

故障发生后，在实验室对损坏的绝缘盆的直径、平面度、厚度、螺孔的直径及孔距、螺孔距绝缘盆中心距离等数值进行测量，用X射线数字成像技术对绝缘盆局部进行检测，均无明显异常。

将脱落块置于显微镜下进行放大观察，脱落块外表面仍然保持光亮，外表面有2条裂纹(见图3)。观察断裂表面，整个断面呈脆性疲劳断口，脱落物断裂表面黑度不均匀，靠近绝缘盆边缘的黑度最深，并逐渐变浅。脱落物断裂面留下1个平坦的光滑区，为疲劳区，长13 mm，最宽处3.5 mm。脱落物边缘明显有放射区，此区域为裂纹源向外发散的起伏不平的放射状断面。根据断口分析法则，放射性条纹指向裂源，可以明显看出脱落物中心为裂源，断口终断区存在有二次裂纹(见图4)。

图3 块状脱落物外露侧微观形貌

图4 块状脱落物断裂表面微观形貌

2.2.2 结论

(1) 绝缘盆开裂源位于块状脱落物中心。

(2) 脱落物靠近绝缘盆的边缘黑度最深，并逐渐变浅，且其放射性条纹走向指向块状脱落物中心，由此可确定此区域为裂纹扩展的初始区域。当裂纹扩展到表面时，靠近盆子边缘方向尖角处先行放电。该区域局部多次放电，形成严重灼伤，脱落物边缘表面黑度较其他区域深，与微观断裂面颜色变化趋势吻合，这与绝缘盆绝缘材料存在缺陷有关联。

(3) 随着放电和电弧热所产生的材料热应力作用的不断扩展，造成表面裂纹发展。在裂纹扩展到一定程度时，材料结合强度降低，产生局部脱落物。最终在对地放电和相间放电的共同作用下，绝缘盆裂纹进一步扩展，造成此次开裂。

(4) 绝缘盆在制造过程中存在工艺不当现象。环氧树脂加料搅拌不均形成凝块，是绝缘盆表面开裂的主要原因；运输和安装过程中振动和受力不均，造成绝缘盆表面受力不连续，是开裂的诱因。

3 防范措施

3.1 严格执行绝缘盆对接面密封工艺

GIS设备的对接面按密封方式可分为双密封和单密封2类。双密封对接面无注胶孔，密封胶垫为内外2道，外侧密封垫主要起防水作用，内侧密封垫主要起防漏气作用。这类对接面组装完成后，只需对外缝抹胶，不需注胶，主母线绝缘盆、罐体盖及大部分法兰都为此类对接。单密封对接面有注胶孔和注胶槽，只有防漏气密封垫(靠近内侧)，无防进水密封垫(靠近外侧)，间隔内各绝缘盆、部分法兰为此类对接。

对接面密封时应按以下工艺进行。

3.1.1 对接面外缝涂胶

清除表面灰尘→在对接法兰环缝处贴胶带→在间隙处涂抹防水胶并刮平→24 h固化→揭去胶带。

3.1.2 注胶槽注胶

(1) 打开本对接面所有注胶孔，并检查确认注入孔内无异物→将压缩空气从一孔吹入，另一孔有气体冒出。

(2) 将注胶接头与法兰盘注胶孔连接好，调节减压阀压力至500kPa，启动空压机开始注胶。

(3) 对于有2个注胶孔、水平安装的法兰，从任一注胶孔开始注入，剩余一个注胶孔四周内壁均有胶液溢出即可。

(4) 对于有2个注胶孔、竖直安装的法兰，从位于下方的注胶孔注入，从上方注胶孔四周内壁均有胶液溢出即可。

(5) 对于有4个注胶孔、水平安装的法兰，从任一注胶孔注入，从相邻的注胶孔溢出胶液后用螺栓封死，直至最后一个注胶孔四周内壁均有胶液溢出即可。

(6) 对于有4个注胶孔、竖直安装的法兰，从位于最下方的注胶孔注入，从相邻的注胶孔溢出胶液后用螺栓封死，直至最后一个注胶孔四周内壁均有胶液溢出即可。

(7) 注胶结束后，将流挂在表面上的余胶擦拭干净，从注胶孔取下注胶接头，立即拧紧封堵螺栓，封堵注胶孔。

此外，对密封胶弹性较差的竖向绝缘盆对接缝，应重新抹密封胶，但留底部不抹，以便进入绝缘盆边缘的水分排出。

3.2 严格执行安装工艺

安装过程中，要严格控制各对接罐体上、下两面处于同一水平位置，前、后两面也处于同一水平位置。当不满足要求时，要及时在罐体承力点加装垫块进行调整，不得通过波纹管调整对接面的上、下、前、后切合度，以防绝缘盆受力不均，造成绝缘盆损坏。

3.3 加强日常维护

(1) 定期对运行GIS组合电器进行局部放电测试，及早发现内部绝缘件损伤缺陷，防止缺陷扩展。

(2) 在冬季气温大幅变化期间，容易出现GIS设备漏气故障，且多由绝缘盆裂纹引起，因此在出现此类缺陷时，要立即采取控制措施，尽快消缺，防止缺陷恶化造成短路故障。

(3) 在冬季要增加对GIS设备的巡视次数，特别要加强对各气室压力值的检查，及时发现并消除漏气缺陷。

2015-07-26。

李晓梅(1969-)，女，工程师，主要从事变电运维检修管理工作，email：qx-lxm@163.com。