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两起GIS现场耐压试验击穿原因分析及建议黄烜城 陈迟 储海军 韩文建（江苏方天电力技术有限公司，南京，211102）摘要：近年来国网对GIS设备的相关标准都做了补充，特别是对现场耐压试验的电压、时间标准都做了相应的变更。在现场工作中由于耐压属于绝缘破坏性试验，部分试验厂家为避免打坏GIS设备的绝缘造成返工处理，耐压时仍然坚持标准从低的原则，却因此给设备的未来运行埋下了安全隐患。我省在执行高标准的半年多时间内，已有多起厂家设备在耐压试验过程中击穿的事件发生，本文将就其中的两起事件着重分析。关键词：GIS 现场耐压 绝缘缺陷 AE UHF1、 概述随着区域经济建设速度的加快，土地资源逐渐成为稀缺资源，部分厂站为节约用地成本或出于安全考虑都将相应设备改为SF6充气设备，造成短时间内省内GIS的井喷式发展。厂站为抢时间送电，往往造成设备安装环境恶劣、安装厂家忙中出错等状况发生。我省近几年相继发生过多起投运或运行中的GIS突发故障，仅2012年一年就出现过两例以上的故障，这其中既包括220kV也包括500kV的GIS系统，给电厂和输变电系统都造成了较大的损失。结合近段时间内几起GIS现场耐压试验设备击穿后的解体分析不难发现，现场耐受电压的选择和辅助检测手段的应用与GIS设备的绝缘缺陷发现有着密切的关系。2、 实例说明2.1苏州某变电站220kV GIS耐压试验2012年5月公司承接苏州某变电站220kV GIS主绝缘及断口耐压试验，通过与厂家协商确定最终加压方案后，在由1号主变进线套管加压至GIS母线的过程中发生击穿，具体加压流程如表1所示。加压流程图加压次数0123456加压流程（kV）127-252-322-3960-3940-3960-4100-2890-2400-197击穿百分数（%）8685.68689.162.852.242.8时间间隔（S）300-180-10-击穿-180击穿-180击穿-1800击穿-1800击穿-180击穿-180击穿-180测试结果主变套管进线地道未分闸到位盆式绝缘子击穿备注图中击穿前为电压持续时间，击穿后为绝缘恢复时间。试验标准电压460kV，击穿电压百分数=击穿电压值/出厂试验耐受电压。表1.加压流程图从图1的历次击穿电压的趋势图中不难看出，当由于GIS本体结构缺陷造成GIS内绝缘距离不足时，击穿电压保持相对稳定，且与绝缘恢复时间的长短无关。当内部固体绝缘发生击穿后，击穿电压则呈现明显的下降趋势，击穿趋势与绝缘恢复时间的长短也没有相关性。厂家对GIS解体分析后证实母线气室内盆式绝缘子三相均发生击穿，击穿后的图片如图2所示。图1 历次击穿电压趋势图图2 盆式绝缘子击穿图片2.2苏州某电厂220kV GIS耐压试验2012年11月苏州某电厂委托我方完成220kVGIS主绝缘及断口耐压试验，试验方案经由三方确认后现场实施。在完成由主变进线套管加压至齐备变进线套管的过程中发生了击穿。为确定具体的击穿部位，现场进行了AE(超声局放)检测。具体耐压流程如表2所示。加压流程图加压次数01234加压流程（kV）127-252-322-4100-3300-2200-2300-370击穿百分数（%）89.171.747.85080.4时间间隔（S）300-180-10-击穿-600击穿-180击穿-180击穿-180030-击穿辅助测量无AEAE AEAE测量结果无A相击穿未能定位未能定位点定位成功，内有异物备注图中击穿前为电压持续时间，击穿后为绝缘恢复时间。试验标准电压460kV，击穿电压百分数=击穿电压值/出厂试验耐受电压。表2.加压流程图图3为AE现场测试图，其中超高频传感器为黄色信号(示波器通道1)，三个超声传感器分绿色(通道2)、紫色(通道3)、红色(通道4)。3个超声传感器，其中绿色通道500mV/格，紫色和红色通道200mV/格。从图中可见，绿色信号远远大于其它两个通道的信号。因此判断放电在绿色通道超声传感器所在的那一相即A相。（具体参见图3中传感器的位置）图3为AE/UHF现场测试图图4为历次击穿电压的趋势图，据此可以发现GIS的内绝缘水平与耐压间歇时间有着密切的关系，随着绝缘恢复时间的延长，耐压水平逐步提升，但在提高到一定电压后仍会击穿。根据这一现象结合AE诊断的数据（如图3所示），现场初步判定启备变A相进线套管某处有异物存在，具体异物类型有待解体观察。图4 历次击穿电压趋势图图5为解体后在启备变A相进线套管的正下方发现已经被打残缺的橡皮圈，图中的黑点为击穿时留下的痕迹。经厂家确认该橡皮圈不属于GIS内部安装配件，该元件的出现完全是由于安装人员的疏忽从其它安装辅件上遗落的。该橡皮圈如果长期滞留在运行中的GIS本体内其后果不堪设想。图5 绝缘异物击穿图片3、 原理分析GIS 组合电器基本是由断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、连接件等单元组成，这些单元均封闭在接地的金属罐体内。其内部充有一定压力的SF6气体，SF6具有优异的灭弧和绝缘能力。在GIS设备中, 由于导体与外壳的绝缘依靠气体介质以及支撑的固体绝缘件, 因此, 被允许的最大场强决定于浇注树脂支撑件中能容许的最大场强。GIS绝缘支撑件经常采用氧化铝增强的环氧树脂浇注成型,其电气强度高于纤维增强绝缘件, 但是浇注的绝缘件的机械性能不足。纤维增强材料由于其各向异性，形成缺陷如孔洞、纤维脱粘、层间脱粘的可能性较大，而且纤维与基体的界面也是弱点区域,可直接导致局部放电。【1】而固体介质的击穿强度与电压作用的时间有很大关系，一旦击穿，绝缘无法自行恢复。在电压多次作用下，局部损伤会逐渐扩大，致使其击穿电压Um越来越低【2】。而影响SF6气体击穿场强的因素有很多，主要包括电极表面缺陷（表面粗糙度，随机缺陷），导电微粒（固定微粒，自由微粒），固体介质（沿面放电）。从出厂及现场试验实践证明，影响耐压效果的最主要因素是绝缘体表面粗糙度和气室内杂质的危害。SF6气体对由电极表面缺陷而引起的微观电场不均匀状态十分敏感，当SF6气体压力与表面粗糙度之积大于8 MPam 或SF6气体压力与导电微粒长度之积大于7 MPam 时， 会引起局部电场畸变及强化， 降低了放电电压；当气压与粗糙度之积为40MPam 时，击穿电压将下降一半; 当导电微粒长度为1 mm 时，击穿电压将下降30%；导电微粒长度为100 mm 时，击穿电压将下降70%。因此无论在工厂或现场都应做耐压或局部放电试验， 以验证SF6充气设备是否存在致命的绝缘性能缺陷。【3】4、 总结（1）在苏州某电厂的GIS试验中，导致击穿发生的非导电微粒长度远大于1mm，但因此导致击穿电压降却远小于30%Um。可见对绝缘类异物质的发现在耐压系数上与导电微粒存在较大的差异，发现该类异物质的击穿电压要远高于同体积的导电微粒。因此在与厂家商洽耐压方案的过程中，现场耐受电压应尽量满足出厂耐受电压Um的最高值。上述两起试验中的击穿电压都超过80%Um，且发现的故障类型呈现多样性，充分说明在80%-100%Um电压区间内能够有效的发现包括盆式绝缘子、绝缘异物、本体构造等多种绝缘缺陷。（2）重复加压时，相邻两次加压过程的绝缘恢复时间应尽量延长，建议为15-30分钟，从苏州的两起试验中可以看出，由于绝缘恢复时间充足，绝缘异物类击穿的电压会产生较大的反弹，而其它类型的击穿电压则与绝缘恢复水平没有直接关系，据此可以有效的判断击穿类型，避免多次重复加压。（3）由于GIS安装间隔多、现场条件复杂等原因，现场加压时为减少多次拆卸、吊装等带来的不安全因素，多根据现场状况采用事宜的加压方式。因此耐压试验中应配合局放试验，试验中可以采用静态探头定位布置的方式预备进行局放检测。通过该方式可以在发生击穿时有效及时的确定击穿相甚至是击穿的具体部位，避免多次加压对GIS非击穿相绝缘的破坏。（4）发生击穿故障后，在故障处理之前应对故障部位的气体等相关绝缘要素着重分析后再交由厂家处理或经厂家同意后与厂家共同处理。规范故障处理流程，有助于提高现场耐压试验的成功率。5.参考文献：【1】绝缘材料通讯2000年 第2期 张显友 陈伟 高压电器用耐SF6绝缘材料的研究进展【2】高电压技术周泽存 沈其工 方瑜 王大忠 固体、液体和组合绝缘的电气强度【3】电力建设 20