利用SF6成分分析法检测GIS组合电器内部放电隐患

利用SF6成分分析法检测GIS组合电器内部放电隐患

高存博1宋健2柴志强3

（1.3国网朔州供电公司山西省朔州市036002；2.山西省太原市山西大学（大东关校区）030000）

摘要：通过SF6气体绝缘金属封闭开关设备（简称SF6组合电器）母线内部放电隐患检测诊断与隐患分析，剖析了当前电网安全生产中面临的设备全过程技术监督问题，提出了定期开展封闭设备SF6成分分析的做法及管理防范措施，有效解决了GIS设备早期故障较常规敞开式设备更难发现的问题，避免了设备故障与电网事件的发生。

关键词：组合电器；带电检测；SF6气体成分分析

Abstract：throughtheSF6gasinsulatedmetal-enclosedswitchgear（hereinafterreferredtoasSF6combinedelectrical）businternaldischargedetectiondiagnosisandanalysisofhiddentrouble，analyzedthecurrentgridissuesduringthewholeprocessequipmentandtechnicalsupervisionofsafetyproduction，putsforwardthedevelopclosedequipmentregularlySF6componentanalysisapproachandmanagementmeasures，effectivelysolvetheGISequipmentearlyfailuretosolvetheproblemofconventionalopenequipmentmoredifficulttofindtoavoidtheequipmentfailureandtheeventsofthegrid.

Keywords：CombinationelectricapplianceChargeddetectionSF6gascompositionanalysis

气体绝缘金属封闭开关设备（组合电器）由于占地面积小、可靠性高，在电力系统中得到了广泛应用。由于组合电器全部元件都封闭在金属壳中，其早期故障较常规敞开式设备更难发现，故障造成的损失也更大，对组合电器设备内部状态进行监测，避免事故的发生一直是科研机构研究的热点，也是各级运行单位关注的重点。朔州电网专业人员通过检测组合电器设备中SF6气体分解物成分，及时确诊了一起GIS设备内部母线烧伤危急缺陷，进一步明确了SF6成分分析法对设备内部绝缘进行故障诊断和状态评估具有抗干扰能力强、灵敏度高等特点，可广泛用于设备现场检测分析，今后应定期开展该项目带电检测工作。同时，对GIS设备全过程技术监督提出了具体措施。

1事件经过

1.1巡检发现异常

朔州220kV安荣变电站投运于2009年3月1日，220kV、110kV设备为GIS组合电器，110kV按东母、西母并列设计，西母至南向北按照气室依次划分为11个气室。2014年4月27日16点30分，运维人员巡视设备时发现该站110kV西母运行声音异常，异响主要集中在9号气室，当即向调控部门进行汇报。考虑电网安全稳定运行，在18点25分，调控将该站110千伏负荷全部转移至东母，西母转为冷备用状态。

图一：安荣变110kVGIS西母8、9号气室（红色对应9号气室）

1.2技术检测发现SO2成分严重超标

4月28日至30日，检测人员展开了一系列带电测试分析。在28日，先对9号气室分别进行了微水测试、红外检漏与特高频局部放电试验，均未发现异常。29日对9号气室进行了SF6气体分解物成分检测，检测结果SO2值为1.9ppm，超过注意值（1ppm），H2S及HF全为0；30日，分别对110kV西母8、9号气室进行了SF6气体分解物成分检测，9号气室检测结果SO2值为12.1ppm，相较前日9号气室的SO2值有较大增加，同时严重超过注意值（1ppm），H2S及HF全为0。8号气室被检测出有SO2成分，检测结果SO2值为7.9ppm，严重超过注意值（1ppm），H2S及HF全为0。

图二：9、8号气室成分检测

检测数据显示两种可能：一是可能由于9号气室内部机械振动导致8号气室和9号气室之间的绝缘盆子有轴向贯通气隙，从而导致9号气室分解的SO2成分扩散到8号气室；二是可能8号气室内部也存在续性放电现象。初步判断该设备存在严重及以上缺陷。为防止故障进一步扩大，专业技术人员考虑到110kV西母有随时可能故障的危险，4月28日开始保持安荣站110kV母线单母运行（西母退出），并联系厂家尽快配合开展解体处理，恢复电网正常运行方式。

1.3解体见证8、9号气室母线存在严重烧伤缺陷

5月14日检修专业人员通过降压检测法排除了8号气室和9号气室之间密闭绝缘盆子损坏的可能；于5月15日对110kV西母9号气室进行内窥镜检查，发现9号气室102-西隔离开关与母线连接三通处C相触头上、母线筒体底部有大量粉尘；进一步解体发现C相母线动静触头有明显放电痕迹，证实了检测结果的正确性。之后对粉尘进行处理，并对C相更换新触指，对A、B相触指用酒精清洗处理。

图三：9号气室放电痕迹

16日检修人员对8号气室母线筒进行内窥镜检查及拆解，发现内部导电杆表面有黑色附着物，且B相导电杆黑色颗粒尤其明显，该相导电杆的电连结（静触头）内部有熔渣，B相电连接和导电杆烧蚀在一起。将B相导电杆从139-西隔离开关下方的铸件导体电连结（静触头）内抽出，发现导体与电连结连接部位有大量熔渣，打开屏蔽罩后，熔渣更为明显，并与SF6气体分解物成分检测的结果相吻合。随后通过将8号气室与139-西隔离开关连接铸件导体及电连接（静触头）、8号气室母线导体进行整体更换，110kV西母恢复运行。

图四：8号气室B相电连接和导电杆烧蚀在一起

2隐患分析

2.19号气室放电异常分析：

经过现场测量分析，明确9号气室放电异响直接原因是C相导电杆长度短了5mm，不符合设计图纸要求，源于发货错误。厂家说明：由于导电杆长度设计为5mm一个梯度单位，导电杆相似品较多，且没有编码标识，可能导致F4间隔C相导电杆错包为比实际需要长度2195mm短了5mm的导电杆。这样，导致瓣形触指与导电杆Φ59闭合圆处接触余量较小，随着设备投运年份逐渐增长，设备长期户外运行，并结合当地昼夜温差大等客观条件，造成设备基础有一定沉降，加上安装过程中可能会有误差积累，长期作用致使瓣形触指与导电杆Φ59闭合圆处接触余量2mm变的更小或处于临界状态，导致电连接处发生局部放电。专业人员排除了基础下降的说法，其原因是：110kV设备在屋顶，且其它9个气室均运行正常，而厂家现场并未测量基础下降相关数据，加以佐证，应排除该因素。因此，导电杆不配套是主要原因，其运行误差积累很容易超出允许范围而发生放电。

2.28号气室导电杆与瓣形触指熔焊危急缺陷分析：

根据对B相导电杆相关数据测量，靠近铸件导体侧接头底部到铸件导体端部长度为140mm，与设计极限状态（即导电杆与右侧绝缘子上电连接顶死时）130mm不符，可见该导电杆短了10mm；说明瓣形触指与导电杆闭合圆处没有接触，导致电连接未能与导电杆的镀银面可靠接触，导电杆接头部分（未镀银）在重力的作用下只与电连接的底部触指接触，导致接触电阻过大并长期发热，造成电连接烧损，最终将导电杆与瓣形触指熔焊在一起。导电杆“缩短”原因一是与9号气室类似，发货或安装环节出现了问题，导致导电杆“缩短”。二是电连接结构存在隐患；随着运行时间增加，出现机械疲劳使得导电杆与瓣形触指接触余量不断减小，引发接触电阻增大，出现放电、融化等问题。

图五：设计要求

3暴露问题

3.1设备厂家在设备检修质量、售后服务质量等方面存在问题

一是售后响应不及时。4月30日完成的检测结论明确尽快联系厂家对110kV西母8号及9号气室试验结果进行判断及提出意见、尽快对110kV西母8号及9号气室进行解体处理等意见。因安荣站母线处于单母线运行方式，给电网运行带来很大风险。4月27日与厂家取得联系，厂方要求先发试验报告，4月30日将报告发至厂方，多次联系要求尽快协助处理；但5月6日上午，厂方通过邮箱回复了一个非正式的Word文档答复，仍未明确具体处理时间、方案等。直到5月13日厂家人员到达现场才展开相关工作。二是抢修、检修管理薄弱，安装质量不良、安装过程控制不严；具体体现在检修方案无审查签字、安全管控措施不细致、备品备件漏发、未出具出厂检验报告等。

3.2GIS设备母线电连接结构存在家族性缺陷可能

厂家说明：自2009年之后全部采用弹簧触指结构，其接触余量较之前瓣形触指电连接大。在本次检修工作中，厂家对=F5间隔左右侧更换件全部采用新式弹簧触指结构。朔州公司专业人员认为该类产品存在设计隐患，存在接触余量随运行时间逐渐减少可能性。

3.3GIS设备运维检修、验收存在薄弱环节

一是各级专业人员对GIS设备内部结构学习不够、安装调试技能掌握不深。二是检修现场对厂家作业质量监督不到位，检修后对隐蔽工程验收不到位。三是在设备治理和管理上，对厂家检修、维护依赖思想较为严重，间接减弱了过程监督与验收质量。

4.经验总结

4.1加强带电检测。检测人员利用SF6气体分解物成分检测及时确诊发觉了一起设备危急缺陷、电网重大安全隐患，有效预防了一起电网等级事件发生，确保了电网设备的安全稳定运行。朔州公司6月1日前已完成所属全部GIS设备SF6气体分解物成分检测。目前执行的输变电设备状态检修试验规程（Q/GDW1168—2013）明确开展成分分析只是在“怀疑SF6气体质量存在问题，或者配合事故分析时，可选择性地进行SF6气体成分分析”。就此次事件来看，因将SF6气体成分分析列入带电检测定期开展项目为宜，并配置相应检测仪器。

4.1.1对运行中的组合电器设备加强检测。正常运行时，无缺陷的组合电器设备在非开断气室内一般没有分解物，即使在有电弧的组合电器气室，因其分合速度快，并有良好的灭弧功能；加之，SF6气体的高复合性（复合率2达99.8%以上）以及内部装有吸附剂，不会有明显的分解物。而运行中存在缺陷的组合电器设备，会因较强的局部放电及设备异常发热产生大量分解物。因此，通过检测运行中的组合电器设备中的SF6气体分解物，可有效发现组合电器设备存在的隐藏性缺陷。

4.1.2加强对故障后的组合电器的设备检测。对于突发性组合电器设备故障，因其放电能量较大，故障气室的SF6气体分解产物浓度可以达到几百甚至几千μL/L，因此可利用检测管在现场对故障气室进行准确定位。对故障气室的气体取样，在实验室进一步分析，对组合电器设备故障产生的分解物进行准确定性和定量分析，可以为判断故障类型提供参考，同时为深入研究组合电器设备故障类型提供分析数据。

4.1.3加强对耐压试验后的组合电器的设备检测。在组合电器设备耐压试验过程中，可采用SF6气体分解物成分检测作为击穿放电定位技术。当然，SF6气体分解物成分检测也存在一定的不足，对于组合电器气室内放电较小时的情况，由于放电产生的SF6气体分解产物量级不大，同时组合电器设备气体容积较大且装有吸附剂对SF6分解物有很强的吸附作用，因此SF6分解物浓度很小，这时通过SF6气体分解物成分检测来发现隐患就存在一定的局限性，而且对检测仪器的灵敏度要求也较高。

4.2加强GIS设备全过程技术监督管理

4.2.1开展专项隐患排查。一是对同一厂家、同一类型的设备，开展家族性隐患排查，重点利用各种停电机会及时更换存在设计缺陷的弹簧触指结构。二是对所属设备开展一次SF6气体分解物成分检测工作，对发现的数据异常问题立即安排隐患治理，防范设备故障停运事件发生。

4.2.2变电站改（扩）建工程，施工单位要编制施工方案。编写施工方案，要进站实地勘查，认真核对设备与图纸，准确了解现场安装环境、设备运行状况及地网、直埋电缆、二次接线等情况；并对关键、重要、危险工序要认真研究与分析，对挖掘、吊装、临近带电设备作业、二次接入运行盘柜及母差等要明确危险点，拿出具体可行的防范措施。

4.2.3生产专业应编制改（扩）建现场监督方案。方案内容包括：现场管理方案，生产各专业调试、传动、验收等配合工作方案，电网方式及应急预案，保电措施等；方案应重点做好各环节危险点分析、制定具体完善的管控措施。基建施工方案和生产现场工作方案应由生产管理部门和运行单位审核，并经运行单位分管生产副经理批准后方可实施。

作者简介：

高存博（1971-），男，高级工程师，从事电网运检与技术监督管理工作；

宋志勇（1969-），男，高级工程师，从事变电运检与技术监督管理工作；

柴志强（1978-），男，高级工程师，从事变电运检技术管理工作。