高铁GIS高压开关柜故障分析及应对措施

高铁GIS高压开关柜故障分析及应对措施

刘敏王琳

（济南市技师学院山东济南250000）

目前高铁使用的GIS开关柜为户内型，主要用在27.5KV侧，起通断、连接、控制和保护等作用。SF6气体绝缘，铠装式金属密封结构。主要包括柜体、高压室、低压室、电缆室、柜间连接、操作机构等模块单元。模块单元中设有主母线、断路器、三工位开关、接地开关、电压（电流）互感器、避雷器、电缆插座等元器件，由于高度的集成化和密闭性，增加了GIS开关柜故障判断的难度，使GIS开关柜排除更加困难。

一、GIS高压开关柜的常见故障分类

GIS高压开关柜由于其高度集成性，其故障判断和处理相对原来的常规式的开关柜要复杂的多，根据对27.5KVGIS高压开关柜的使用调查，总结了高压开关柜的故障主要有以下5类。

1.SF6气体泄漏

SF6气体泄漏故障在实际运行中比较普遍。通常发生在组合电器的密封面、焊接点和管路接头处，断路器操作杆处等。主要原因是由于密封垫密封不严或老化，或者焊缝出现砂眼引起。因此每年需要对GIS补充大量的SF6气体来保证正常工作压力，其主要原因：一是电缆余量不足，产生斜向拉力，造成电缆室法兰漏气；二是段利器密封垫破损造成漏气；三是三工位考官丝杆处由于密封圈和密封轴套间隙配合超过误差允许值，造成密封垫失效。

2013年1月5日铁岭西牵引变电所GIS开关柜故障，在排除了变压器故障可能性后，对变电所内SF6气体压力进行测试发现，开关柜SF6气体与柜外大气压差为零，判断211开关柜SF6气体泄漏，经过对柜体进行拆封检查发现放电痕迹（如图1所示），确认开关柜SF6气体泄漏。经返厂解体进一步检查，发现断路器下壳体靠近穿墙套管处有熏黑的痕迹。断路器气室T极穿墙套管烧损，F极穿墙套管有喷溅现象（如图2所示），套管损伤，有崩裂碎块开裂，伴随电弧烧灼现象。

图1开关柜内器件击穿放电

图2F极穿墙套管有喷溅现象

2.SF6气体微水超标

GIS运行时断路器气室SF6气体微水量要比其他气室SF6气体含水量太高引起的故障，易造成绝缘子或其他绝缘件闪络。微水超标的主要原因是通过密封件泄露渗入的水份进入到SF6气体中。目前从高铁投入运行的开关柜中还没有发现此类问题的报道。

3.开关故障

一般是由于断路器、负荷开关、隔离开关或接地开关等元件的气体击穿，还有动、静触头在合闸时偏移，引起接触不良引起，此类故障占统计数字的0.08%。

4.内部放电

由于制造工艺等原因，在GIS内部某些部件处于悬浮电位，导致电场强度局部升高，进而产生电晕放电，GIS中金属杂质和绝缘子中气泡的存在都会导致电晕放电或局部放电的产生。

5.液压机构渗漏油或频繁打压

液压机构渗漏油或频繁打压故障在GIS中比较普遍，大多是由于液压机构密封圈老化，或安装位置偏移、或储压筒漏氮等原因引起。

二、GIS高压开关柜故障的诊断方法

GIS故障的诊断方法一般是根据对于GIS高压柜故障时出现的各种物理和化学现象，利用专业的物理和化学手段，再结合仪器检测，对故障进行综合判断分析。

1.综合判定法

对于GIS高压柜发生的故障，多数情况下不是简单的一种物理化学现象，而是物理和化学现象的相互伴随，相互转换，同时控制系统相关信号盘会出现不同的告警信号显示，测量盘会出现异常的数据指示，需要结合各种情况进行综合判定，逐步分段排除，缩小故障判定范围，进一步确定故障点。如2012年，长春西牵引变电所220馈线断路器合闸拒动，故障原因就是由于断路器合闸闭锁回路继电器KC1前部常闭辅助接点与后部本体接触不良，常闭辅助接点51-52未闭合接点，导致闭锁电磁铁无电，顶杆未缩回，合闸回路机械连锁和电气连锁没有解除，造成220馈线断路器合闸拒动。

2.局部放电检测

局部放电是指高压电器中的绝缘介质在高电场强度作用下，发生在电极之间的未贯穿的放电。其常用检测方法有超高频检测法、电磁波检测法、超声波检测法、SF6气体检测法。

（1）超高频检测法

由于GIS设备结构具有良好的波导体，超高频电信号能够在其中有效地传播，UHF信号在GIS设备内部是以横向电磁波方式传播的，在GIS设备内部没有任何阻隔时，信号衰减极小，而在经过不连续部分或受阻时，如盆式绝缘子、转角、T连接时信号则产生衰减。UHF信号每经过一个绝缘子，信号强度衰减3～6dB，因此可以根据各部位UHF信号的大小准确地判断故障位置。超高频法避开了现场电晕等干扰，而且定位精度也较高。

（2）电磁波检测法

GIS设备内部发生局部放电时，由于放电点处电荷的迅速转移，形成持续时间很短的电脉冲，并产生频率分量极其丰富的电磁信号。通过天线接收故障辐射出的电磁信号进行局部在线放电检测，有可能实现较高的灵敏度，并能够及时发现早期的局部放电。

（3）超声波检测法

电气设备内部发生局部放电时，在放电处产生超声波向四周传播，一直达到电气设备容器的表面。在设备外壁装上超声波传感器，可以检测此电信号来判断设备内部是否发生局部放电。超声波探测器检测的特点是抗干扰性较强，使用方便，可以在运行中和耐压试验时检测绝缘内部的放电，传感器与设备的电气回路无任何联系，而且便于故障定位。

（4）SF6气体检测法

GIS高压开关柜是采用SF6气体绝缘和灭弧的，SF6气体的性能状态将是影响设备的重要参数，因此通过对SF6气体特性的监测，可以判断设备的运行状况，主要包括：气体压力监视，GIS设备的局部放电会引起该区域温度升高，表现为该腔体的压力值陡升，通过监视SF6气体的压力变化，来判断局部放电并进行故障定位；气体泄漏监测，通过SF6气体检漏仪监测气体的泄漏量或监测气室压力下降量，从而判断泄漏；气体湿度监测，根据露点法等原理，用微水仪监测SF6气体的微水含量；

三、GIS高压开关柜故障的处理方法

判断出GIS的故障后，可采用下列相应的处理措施。

当出现SF6气体泄漏故障时，通常先用SF6检漏仪对漏气间隔进行检测，找出漏气点。若为焊缝漏气，将SF6气体回收后进行补焊；若为密封接触面漏气，通常在回收SF6气体后更换密封圈或对其他泄漏点进行处理密封。

当出现SF6气体微水超标故障时，通常办法为回收SF6气体后，用氮气反复冲洗、干燥、抽真空，再充入新的SF6气体到合格压力。

局部放电的原因比较多，对于机械接触不良、绝缘能力降低等引起的局部放电，要结合放电发生的部位，进行紧固配件或强化绝缘，之后补充SF6气体；对于辅助开关接触不良引发的局部放电，要对辅助开关进行更换，对于动、静触头接触不良或母线筒放电等故障，则必须停电解体后查明原因，针对不同故障，更换相应的备件。

对于液压机构渗漏油或频繁打压故障，需要在停电后检查二次回路，排除二次回路故障后，将液压机构泄压，检查机构或判断在开关在什么状态（分/合）频繁打压,进一步检修工作缸，检查活塞，更换相应的油封，再决定是否返厂处理。

GIS高压开关柜运营中出现的故障，需要结合信号告警及计量盘面的显示进行综合分析判定，检修运行人员仍有更深入的工作要做，以减少GIS运行中发生故障，提高设备的利用率。

参考文献

[1]赵宁，110kVGIS设备常见故障分析与预防措施[J]，《环球市场信息导报》，2014.

[2]樊渊，变电站GIS组合开关常见故障及处理措施研究[J]，《北京电力高等专科学报》，2011.