核电厂220kVGIS盆式绝缘子缺陷分析及处理研究

发布时间：2023-02-01T05:54:41.316Z 来源：《中国科技信息》2022年9月18期 作者： 李抗[导读] 针对某核电厂220kV GIS气体泄漏的问题进行分析

李抗

福建福清核电有限公司 福建 福清 350300

摘要：针对某核电厂220kV GIS气体泄漏的问题进行分析，先针对漏气气室进行检查，发现盆式绝缘子出现了明显的问题，通过产生盆式绝缘子缺陷形成的原因，通过交流耐压实验来解决缺陷。盆式绝缘子作为GIS最薄弱的绝缘环节，一旦发生缺陷就会影响GIS设备的绝缘强度。本文针对GIS盆式绝缘子常见的故障问题进行分析：气泡缺陷、表面脏污、裂纹缺陷等，分析缺陷发生的原因后，明确盆式绝缘子表面电场分布、表面电荷积聚都是影响绝缘子沿面闪络的主要因素。 关键词：核电厂；GIS设备；盆式绝缘子；缺陷分析；处理对策

气体绝缘组合电气具有占地面积小、绝缘效果好、配置灵活、后期维护的工作量较小等优点，因此目前被广泛应用在不同电压等级的系统中。由于电网中电压等级和系统容量的不断提高，GIS在保证电力系统稳定、安全运行中发挥积极的作用，对保证电网的稳定性也带来一定的助力。GIS结构较为复杂，生产过程中任何环节都有可能导致GIS绝缘存在问题，从而造成绝缘故障，给电网、社会经济等造成严重的损失。GIS发生故障的原因中，盆式绝缘子造成的故障占11%左右，是造成GIS故障的主要原因之一。盆式绝缘子一般安装在GIS中，一旦发生故障就要立刻进行更换和维修，以免对变电站带来不良的影响。见图1。

一、关于盆式绝缘子缺陷问题

盆式绝缘子表面缺陷有很多的种类，发生和发展机制都比较复杂。见表1。根据表1内容可知，常见的表面缺陷主要为：第一，盆式绝缘子在材料固化中由于残余应力、脱模产生的界面状态造成了盆式绝缘子缺陷。第二，盆式绝缘子长期运行中由于材料老化、气体分解物、外部金属微粒的影响会导致其运行发生缺陷。同时盆式绝缘子缺陷也会对电气性能和热性能等造成影响，热性能等问题的出现会加重电气性能的恶化。因此必须要重视提高对盆式绝缘子故障的检出率，以免GIS设备的损害。 表1 盆式绝缘子表面缺陷的常见类型

序号缺陷类型1绝缘子环氧树脂中存在气泡或杂质2绝缘子表面有明显的裂缝3绝缘子表面脏污，存在粉尘或杂质4绝缘子与电极接触不佳5绝缘子表面粗糙，有毛刺或凸起6绝缘子表面有残存的金属微粒

二、盆式绝缘子缺陷的发生与发展（一）气泡缺陷

盆式绝缘子中的气泡缺陷，是由于生产操作不规范、工艺流程不完善，因此在浇筑过程中混入了微量气体导致发生了气泡缺陷。由于环氧树脂固化中的收缩情况、环氧树脂与金属电极热膨胀系数的不同都会出现空隙和分离。环氧树脂介电常数相比空气介电常数更大，因此气泡周围就会有更高的电压，造成局部放电，更加严重的情况会直接导致绝缘子的断裂。针对盆式绝缘子气泡放电特性的研究，构建了实验平台，研究发现盆式绝缘子的内部气泡放电的PRPD谱图呈现为双峰模式。若是电压值增大到20kV，PRPD的谱图就会呈现为兔耳状。随着电压的增大，兔耳会变得更加明显。见图2，图3。

（二）异物缺陷

盆式绝缘子表面的金属微粒是GIS设备中常见的缺陷问题，静电力会使金属微粒在GIS中进行直立旋转、舞动运动，与外施电压、微粒特点有密切的关系。金属微粒跳动过程中则容易散射到盆式绝缘子的表面。金属微粒主要包括自由金属微粒群、固定金属微粒和单一金属微粒。盆式绝缘子的表面一旦存在自由金属微粒群，则会在金属微粒之前产生放电。随着加压时间的延长，金属微粒沿着电场线方向排列，放电间隙固定且放电电压下降。虽然金属微粒放电不会造成贯穿的沿面闪络，不过也会导致盆式绝缘子表面聚集电荷。而且，GIS设备在生产和安装的过程中，金属零部件表面的加工的精准度较差、设备制造工艺不够完善，因此很容易出现毛刺。金属毛刺也会在交流电场的影响下移动从而附着在盆式绝缘子表面。由于交流电压变化缓慢，因此尖端电晕有足够的时间构建空间电荷，从而能够发挥保护尖端的效果。在冲击电压的作用下，尖端电晕没有足够的时间构建空间电荷，因此也就无法起到保护尖端的效果[1]。 （三）表面脏污

GIS在运输、存储、安装的过程中，工艺流程不严格、处理措施不完善，灰尘、微粒等会进入到GIS中，这些异物在电场的影响下朝着

盆式绝缘子聚集，导致绝缘子表面的电场分布发生变化，从而造成电荷的积聚而发生局部放电。长期放电中会产生电树枝，损坏了盆式绝缘子本体。针对绝缘子表面积聚异物的清洁后，金属表面的吸附力、摩擦系数也会发生变化，导致异物在绝缘子表面附着特性也发生变化。盆式绝缘子表面脏污很容易造成电荷的积聚从而引发局部放电，很容易导致绝缘子沿面闪络。通过模态分析对绝缘子表面的脏污进行检测，具有高灵敏度、无损监测的特点，能够准确的评估表面脏污的程度。 三、核电厂案例分析

某核电厂的220kVGIS作为备用电源，在主变压器失电后则由GIS进行供电。在机组运行中，控制室触发了气体密度计压力低从而进行报警，针对现场情况进行分析：主母线的气室气体密度压力为0.35MPa，从而达到了预警压力值。通过检查，发现G31气室的B相母线地刀与主母线气室相邻固定螺栓位置有漏点，发现漏点位置的螺栓与其他固定螺栓安装有一定的不同，支架与螺栓防雨盖有间隙，因此SF6气体漏出，导致气室的绝缘性下降，影响了设备的运行效果。 四、原因分析和处理（一）分析原因

漏气位置的螺栓安装了固定支架，又有安装不到位，防雨盖与支架之间有明显的空隙，因此在雨天就很容易造成缝隙中积水。这一缺陷发生在冬天，正值雨季，盆式绝缘子与安装螺栓裂缝中的积水结冰后发生膨胀，导致盆式绝缘子产生了裂缝，裂缝不断延伸会穿过密封圈，从而SF6气体就会发生泄漏。通过解题检查，确定了G31气室漏气的原因是盆式绝缘子发生了裂缝，由于连接结构不合理、支架和固定螺栓安装不到位造成的。（二）处理对策

确定了故障原因后，现场则吊起电压互感器对盆式绝缘子进行更换，将SF6气体管路与盆式绝缘子脱离开，管路安装在独立支架上，根据工艺要求先更换备件，然后更换新的密封圈，并且在密封圈靠空气侧涂抹气体密封胶，从而能够预防雨水的进入[2]。备件更换后，要在现场实施耐压试验来评估盆式绝缘子的性能。盆式绝缘子备件出厂实验电压为460kV，交接值为出厂电压的80%左右。现场耐压试验见图4。

通过现场检查，将SF6支架安装到固定螺栓上，将两个相邻气室筒体间短接排安装在固定螺栓上，这两种结构都存在雨水进入螺栓孔的风险。因此可以在GIS筒体上设计SF6管路支架、短接排连接点或固定点，满足了对SF6挂炉的职称要求和对气室筒体短接排安装的要求，提高了盆式绝缘子螺栓的防水性能。见图5。

五、小结

GIS设备结构紧密、电气连接密切，要想解决漏气问题则需要先解体设备，因此会造成其他间隔或母线的停电，影响了供电的安全性和可靠性。设计阶段的SF6管路支架安装不佳、绝缘子固定螺栓与支架安装存在裂缝等问题都会导致盆式绝缘子的开裂造成气体泄漏，因此要在气体管路支架和其他类似结构的设计上，考虑到对盆式绝缘子的影响，避免设计原因或安装不规范造成缺陷问题的发生。 参考文献：

[1]韩帅,高飞,廖思卓,郭瑞,王健,李庆民.GIS盆式绝缘子表面缺陷及其诊断方法研究综述[J].绝缘材料,2022,55(02):12-22.

[2]王克胜,赵彦平,原帅,蔡新景,段星辉,张慧军.基于电场计算及模态分析的220kV GIS盆式绝缘子裂纹缺陷检测方法研究[J].电网与清洁能源,2021,37(08):32-38+47.