氣體絕緣組合電器（Gas Insulated Switchgear, GIS），因其小型化、智能化、無(wú)污染、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)隨著城市電網(wǎng)的快速發(fā)展而備受歡迎。盆式絕緣子作為GIS開(kāi)關(guān)設(shè)備的重要組成部分，有著機(jī)械固定、電氣絕緣以及隔離氣室等作用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，盆式絕緣子與SF6氣體界面的絕緣性能在很大程度上決定了GIS設(shè)備的可靠性。

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司近十年設(shè)備故障的統(tǒng)計(jì)，投運(yùn)時(shí)間與故障率存在較大的關(guān)聯(lián)性，在GIS設(shè)備故障中，投運(yùn)不足5年的占89.0%，不足1年的更是高達(dá)50.8%，是平均故障率的3.3倍，設(shè)備運(yùn)行初期故障率偏高，按投運(yùn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)故障數(shù)及比例分布情況如圖1所示。

在電網(wǎng)運(yùn)行中252kV GIS故障103起，占故障總數(shù)的56.3%，而異物導(dǎo)致的放電故障發(fā)生次數(shù)最多，故障影響最大，占29.0%。因此，GIS設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估方法是該領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。

圖1 按投運(yùn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)故障數(shù)及比例分布情況

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)由于GIS盆式絕緣子表面存在金屬異物而引起的絕緣故障做了大量研究并取得了一定成果。

• 有學(xué)者主要集中研究金屬異物，采用金屬絲或體積稍大的金屬顆粒來(lái)模擬絕緣缺陷，探討了表面金屬異物對(duì)盆式絕緣子沿面放電的影響程度，為盆式絕緣子的狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了重要參考和依據(jù)。
• 有學(xué)者在研究了金屬異物的基礎(chǔ)上又分析了四種非金屬異物對(duì)GIS殼體、導(dǎo)體和絕緣子的電場(chǎng)影響，但沒(méi)有對(duì)絕緣子表面位置及異物排列方式進(jìn)行細(xì)分。
• 有學(xué)者主要對(duì)GIS實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了評(píng)估研究，并根據(jù)具體的絕緣故障提出相應(yīng)的檢測(cè)診斷方法。

因?yàn)樵谠O(shè)備裝配、運(yùn)輸或者運(yùn)行過(guò)程中金屬屑落在絕緣子表面的位置和形式具有隨機(jī)性，所以除了金屬異物單一存在的情況，還需了解其排列方式對(duì)絕緣子沿面絕緣性能的影響。此外，裝配過(guò)程中容易遺留在絕緣子表面的毛發(fā)或纖維材質(zhì)對(duì)其沿面絕緣性能的影響，在前人研究中未見(jiàn)提及。

本文針對(duì)五類異物對(duì)絕緣子局部電場(chǎng)的影響建立數(shù)值模型，并利用三維有限元分析方法對(duì)其進(jìn)行仿真計(jì)算。

圖2 絕緣子凹凸面仿真計(jì)算簡(jiǎn)化模型剖視圖

圖7 絕緣試驗(yàn)工裝

異物防范處理措施

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，作者提出金屬/非金屬異物的防范措施。

1）金屬異物防范措施

• （1）GIS設(shè)計(jì)方面。制造廠應(yīng)杜絕一味追求“小型化”而導(dǎo)致GIS殼體內(nèi)部絕緣裕度降低，即使在設(shè)計(jì)時(shí)的理論電場(chǎng)強(qiáng)度可通過(guò)安全標(biāo)準(zhǔn)，但在絕緣裕度相對(duì)較小的空間只要存在金屬異物就極易造成放電。另外，可以在容易產(chǎn)生金屬屑的部位安裝金屬微粒測(cè)量裝置。盆式絕緣子應(yīng)盡量不采用水平布置方式等。
• （2）裝配方面。制造廠應(yīng)杜絕裝配后檢查清掃不完善或螺栓漏裝，緊固不到位而使GIS裝配或?qū)硬粔蚓o密，最終因晃動(dòng)摩擦而導(dǎo)致盆式絕緣子表面存在金屬異物的問(wèn)題。
• （3）現(xiàn)場(chǎng)安裝方面。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安裝的工藝管控，安裝過(guò)程嚴(yán)格按照工藝流程和相關(guān)文件執(zhí)行。加強(qiáng)安裝人員管理和培訓(xùn)，提高安裝隊(duì)伍的專業(yè)化程度。加強(qiáng)設(shè)備安裝過(guò)程的監(jiān)督和管理，防止因操作不規(guī)范造成內(nèi)部清理不到位等安裝質(zhì)量問(wèn)題。
• （4）運(yùn)行維護(hù)方面。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)GIS的外觀及環(huán)境巡視，保證設(shè)備的清潔度符合要求；帶電檢測(cè)發(fā)現(xiàn)異常情況后，為了能對(duì)故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位并判斷其故障類型，應(yīng)對(duì)多種措施進(jìn)行綜合比較再擇優(yōu)選擇；對(duì)存在風(fēng)險(xiǎn)的缺陷必須及時(shí)停電檢修。

2）非金屬異物防范措施

• （1）現(xiàn)場(chǎng)安裝應(yīng)采取有效防塵、防潮措施，安裝工作必須采用防塵棚，禁止露天對(duì)接安裝。對(duì)于特別重要的變電站，為了確保安裝環(huán)境的潔凈度可采用移動(dòng)廠房等技術(shù)手段。
• （2）GIS的孔、蓋等打開(kāi)時(shí)，必須使用防塵罩進(jìn)行封蓋。應(yīng)避免在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境太差、塵土較多或鄰近區(qū)域正在進(jìn)行土建施工等情況下進(jìn)行工作。
• （3）對(duì)密封圈的硅脂涂抹應(yīng)單件進(jìn)行。涂抹硅脂的密封圈應(yīng)盡快裝入密封槽內(nèi)，以避免沾上異物，吸附灰塵，影響密封效果。最后用不掉纖維的白綢布將密封槽以外的硅脂擦洗干凈。
• （4）應(yīng)避免涂抹過(guò)量，只要達(dá)到能輕輕留下指紋的程度即可。如果涂抹過(guò)量，就會(huì)因?yàn)橹A(yù)熱融化而影響絕緣效果。

結(jié)論

本文對(duì)影響252kV GIS盆式絕緣子絕緣性能的五類表面異物對(duì)其局部電場(chǎng)強(qiáng)度的影響進(jìn)行了數(shù)值仿真和試驗(yàn)分析，得出結(jié)論如下：

1）當(dāng)金屬屑體積很小（底面半徑為1mm，高為2.5mm的錐體）且單一附著在盆式絕緣子表面時(shí)，不一定會(huì)誘發(fā)絕緣故障，但局部放電量變化較大，長(zhǎng)久積累后很有可能導(dǎo)致沿面閃絡(luò)放電。而當(dāng)金屬屑位于盆式絕緣子凸面低電位區(qū)時(shí)，片狀較線性更容易形成貫穿性放電通道而引起擊穿。

2）非金屬異物中，沙粒、毛發(fā)和硅脂的局部放電量都有一定程度上的變化，但由于沙粒的外形和成分等原因?qū)е缕渚植糠烹娮顬槊黠@，即沙粒一類的無(wú)機(jī)物是一種潛在的容易誘發(fā)絕緣故障的非金屬異物，不容忽視。

3）毛發(fā)所屬一類的蛋白質(zhì)或近似于纖維材質(zhì)的有機(jī)物局部放電量較小，一般不會(huì)影響盆式絕緣子的絕緣性能。