GIS故障类型及案例分析

牛宗涛

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司西北电力试验研究院，陕西 西安 710021)

0 引言

气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated substation, GIS)具有占地面积小、检修周期长、运行可靠、维护量少等优点，因此，在水力发电厂、土地面积狭窄地区的火电厂、风沙较大的风电场等发电厂应用广泛，有助于大幅度缩减发电厂人员检修、维护工作量。然而，一旦GIS 设备发生故障，将会造成全厂停电，且检修时间较长，必然造成较大的经济损失。

以下对GIS 设备常见故障进行了案例介绍和分类，根据故障特征可快速判断故障位置及故障类型，有利于缩减停电时间。

1 SF6 气体故障

GIS 设备常见故障可以分为SF6气体故障、绝缘故障、电气故障和机械故障。其中，SF6气体故障最为常见。

SF6气体故障主要分为SF6气体泄漏和SF6气体微水含量超标。密封圈老化或焊缝出现砂眼会导致在GIS的密封面和管道接头处发生SF6气体泄漏，且常伴随SF6气体微水超标，空气中的水分会通过泄漏点渗透到GIS 内部。

1.1 SF6 气体泄漏

GIS 设备内部的SF6气体压力大于大气压力，各个气室法兰面采用密封面+O 形圈+密封槽+密封胶进行组合密封。虽然密封良好，但也会存在泄漏。GB 50150—2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》规定，“每一个气室年漏气率不应大于1 %，750 kV 电压等级的不应大于0.5 %”。

随着运行年限的增长，且受到运行环境的影响，如振动、机械压力、高温、湿度等因素的影响，个别密封圈会出现老化、破损现象，可能出现气体的泄漏；进行微水、密度继电器校验时，截止阀顶针失效、密封垫破损会造成气体泄漏。因此，试验结束后，必须进行检漏，并加强运行巡视。

某电厂110 kV GIS 支线为三相分箱结构，该电厂GIS 充气口未安装三通阀，SF6密度继电器直接装在充气口的逆止阀上。在某次停电检修时，检修人员拆除SF6密度继电器后，发现有SF6气体从充气口的逆止阀泄漏出来，故建议电厂及时更换逆止阀，并加装三通阀。

1.2 SF6 气体微水超标

SF6气体是一种稳定的惰性气体，具有较强的绝缘性能和灭弧性能。但是，一旦SF6气体中含有水分，在电弧高温作用下，SF6气体分解物极易与水分发生反应生成气态酸性物质而腐蚀电气设备，且这些气态物质大部分有毒性，还会危害检修人员的健康。对此需采取以下措施以防微水含量超标。

(1) 对SF6新气进行微水测试，测试其微水含量是否满足规程要求。

(2) 对于新建GIS，按照安装说明要求，对GIS 内部环氧树脂支撑件、绝缘拉杆等绝缘部件进行烘干，运输及安装前做好防潮措施，在相对湿度小于80 %的环境条件下进行安装。

(3) 在补气时须特别注意连接管路和接头的干燥，以防将潮气带入设备内部。

(4) 当吸附剂饱和后，必须及时更换。

某电厂GIS 气室SF6气体水分超过规定值，目前采用新气置换法进行处理，置换后微水测试结果合格。考虑到该厂GIS 已经运行了12 年，且所处环境常年湿度较大，怀疑密封面存在一些薄弱环节，空气中的水分通过密封面进入GIS 内部，从而使GIS 气室微水含量超标。

因此，建议采用包扎法，对微水含量超标气室的每个法兰面进行包扎，查找泄漏点；同时监视SF6密度继电器，防止气体压力过低而出现绝缘故障；缩短GIS 设备微水检测周期，对微水含量超标的气室微水测试数据进行跟踪分析，为后续开展针对性检查工作提供依据；此外，在GIS 室放置多个温湿度计，当环境相对湿度大于60 %时，除了强力通风外，需打开GIS 室门窗晾晒，防止凝露。

2 电气故障

电气故障主要发生在GIS 设备的辅助及控制回路中，如SF6密度继电器接点失效、辅助及控制回路端子松动、储能电机故障等。现场使用的SF6密度继电器因长期不动，经过一段时期后，会出现以下问题。

(1) 接点失效。该故障在多个电厂均有出现，校验密度继电器时报警，闭锁接点均不动作；若发生气室漏气，密度继电器不能提醒气室内SF6气体压力过低，极易发生安全事故。

(2) 温度补偿失效。电厂可能发生密度继电器表针不断抖动，并且无法准确表征气室内SF6气体压力大小的故障。

按照DL/T 596—1996《电力设备预防性试验规程》的规定，各SF6电气设备使用单位应定期对SF6密度继电器进行校验。此外，为确保SF6密度继电器接点信号准确传送至电力网络计算机监控系统中，需结合升压站大修计划，对SF6密度继电器压力报警回路及闭锁回路进行传动检查。

3 绝缘故障

引起绝缘故障的原因主要有：盆式绝缘子或绝缘传动杆沿面闪络或绝缘击穿、内部残留金属屑末引起放电、金属导体表面毛刺形成的电晕放电等。

3.1 绝缘传动杆故障

某电厂500 kV GIS 安装完毕，微水试验合格，具备交流耐压试验的条件。在交流耐压试验过程中，发生2 次对地击穿故障，经解体检查均为隔离开关绝缘传动杆对地爬电击穿。导致绝缘拉杆损坏的原因有以下几种可能。

(1) 绝缘拉杆材料内部存在微小的空洞或内部有微小金属杂质，由于空洞内空气的绝缘较低，造成局部放电击穿。

(2) 绝缘拉杆表面可能会附着金属屑、纤维、灰尘等微小颗粒造成表面放电。

(3) 有可能绝缘拉杆装配不当，造成局部存在应力，导致材料绝缘性能发生变化。

3.2 绝缘盆子损坏

某电厂GIS 大修后，在进行交流耐压试验之前，先对GIS 导电回路进行绝缘电阻测试，经测试发现B 相绝缘电阻为1.6 MΩ，绝缘电阻偏低，然后逐一排查GIS 设备的隔离开关、接地开关，发现开关位置正确，故判断为GIS 内部的问题。

解体后发现其中一个绝缘盆子有肉眼可见的裂缝，于是对该绝缘盆子进行绝缘电阻测量，发现该绝缘盆子中间导电部分对外壳的绝缘电阻为1.6 MΩ，用相同的方法对同型号新的绝缘盆子进行绝缘电阻测量，发现绝缘电阻为60 GΩ，故判断B 相整体绝缘电阻偏低是由绝缘盆子中出现裂缝所致。绝缘盆子损坏的原因是绝缘盆子内部存在质量缺陷及机械损伤，并在安装过程中受到机械应力作用后暴露出来。

4 机械故障

机械故障主要发生在GIS 设备的一次机械部分，主要包括断路器拒分及拒合、导电杆断裂、接地开关及隔离开关拒动、传动销脱落、机构连杆弯曲等故障。

某电厂在倒闸操作时，发现5003 断路器内部有异常声音，停电后对该断路器操作机构解体检查，发现A 相操作机构传动销脱落，测量开关断口行程时发现断口分闸未到位，设计行程为250 mm，因传动销脱落，实际动作行程为140 mm。故障原因是由于断路器未分闸到位，断口之间绝缘不满足并网前两端电压差造成断口击穿，产生导电微粒后发展为对外壳放电。因此提出以下建议。

(1) 按规程要求定期对各相关气室开展微水、组分等项目测试。

(2) 建议电厂加强GIS 各气室压力、振动、异音检查及GIS 在线局部放电数据监测。

(3) 建议运行人员在操作断路器及刀闸前后，加强监视各电压互感器的二次电压波动，发现异常及时处理。

(4) 操作断路器及刀闸时，如发现变压器、GIS 有异音，应立即停止操作，并停运设备，分析原因，防止故障扩大。

(5) 立即对同一批次断路器进行检查，确认操作机构传动销是否脱落，分闸行程是否合格。

(6) GIS 新装或大修后，重点检查断路器及刀闸各机构传动销锁紧情况。

5 设备维护建议

GIS 设备故障很多都是由于GIS 设备出厂缺陷引起的，如GIS 筒体或导电杆焊接处有沙眼、裂缝，绝缘子有质量缺陷、机械损伤；运输过程中发生碰撞、受潮；安装过程不规范，如装配和现场安装过程清理不干净，有灰尘、异物，装配过程中漏装限位螺栓导致导电杆脱落，装配过程中固定螺栓未拧紧导致GIS 漏气等。因此，需要从源头把关，消除GIS 设备故障。

建议生产厂家及各使用方多方把关，保证GIS零配件质量；生产企业不管在厂内装配还是在现场装配，都应加强零件和装配环境的清洁度；安装单位在安装施工过程中，应严格按照厂家的安装工艺要求进行；由生产厂家和安装单位共同组成安装质量检验小组，对设备安装质量进行跟踪检查。

此外，运行环境长期的影响可能造成附属设备老化或损坏，如密度继电器损坏、充气口逆止阀漏气、吸附剂失效等。因此，要对GIS 设备定期进行预防性试验，及时发现故障点。

6 结束语

GIS 设备一旦发生故障，将引发全场停电，造成极大的经济损失，因此根据GIS 设备的故障分类，结合现场案例经验和建议，总结了各种故障特点和故障原因，可为快速判断故障位置及故障类型提供参考，有助于迅速恢复供电。