高速铁路牵引供电GIS柜故障研究

高速铁路牵引供电GIS柜故障研究

杨洋

中国铁路沈阳局集团有限公司调度所-辽宁省沈阳市-110000

摘要：GIS柜是高度集成的，主要包括断路器、电流互感器和隔离开关。由于SF6气体被封闭在GIS柜内，所以受外界环境影响特别小，稳定性好。在高速铁路牵引供电工程中，GIS柜的应用可以显著提高高速铁路牵引供电效果，减少能源浪费。基于此，重点研究高速铁路牵引供电GIS柜的故障及处理措施。

关键词：高速铁路；牵引供电系统；GIS柜；

GIS柜，又称气体绝缘全封闭组合电器，是将断路器、隔离开关、接地开关、避雷器、电流互感器、电压互感器、套管和母线等元件直接连到一起，并全部封闭在接地的金属外壳内的气体绝缘电气设备，壳体内充有一定压力的SF6气体作为绝缘和灭弧介质。SF6气体具有比空气更强的绝缘性能，将该气体充装至电气设备内，减小了电气设备的体积，提高了绝缘性能。

一、高速铁路牵引供电GIS柜常见运行故障

1.GIS柜馈电缆头击穿故障。高速铁路牵引供电GIS柜运行期间，如果开关柜内部的馈线和电缆头击穿部位出现故障，会严重影响GIS柜的可靠运行。检修人员经过认真的检查分析得知，电缆仓和电缆头接触部位并没有出现烧毁现象，存在放电痕迹，很可能是电缆头内部的导线对法兰盘放电，开关柜电缆仓底板出现烧熔现象，GIS柜经过长期运行后，引发击穿故障。

2.GIS柜气室防爆阀出现漏气。因为GIS柜气室防爆阀出现漏气，其下部的气室防爆阀上翘，检修人员利用泄漏仪进行检测，出现严重漏气现象。检修人员使用超声波仪器进行有效测试，因为GIS柜设备处于带电状态，检修人员在GIS柜后部电缆室位置进行有效检测，检测得知，母线室内部的母线连接螺栓部位，噪音特别大，夜间各项设备处于停电状态，检修人员将放电声音柜子全部松开处理，并利用千斤顶将边柜顶住，然后二次紧固，检测发现仍然出现噪声。

二、故障处理措施

1.提升GIS柜气室套管质量。通过提升GIS柜套管质量，可以保证高速铁路牵引供电GIS柜安全、稳定运行。气室套管击穿采用相同批次产品，为了追赶工期，套管生产厂家所生产的套管存在缺陷，使得GIS柜在后续运行期间出现严重击穿现象。因为高速铁路供电牵引GIS柜的密封性比较差，GIS柜运行一段时间之后，密封丝杆部位的密封性能下降，使得SF6气室压力不断下降，严重影响设备的运行质量。为了避免GIS柜气室套管在运行期间出现漏气现象，检修人员要结合高速铁路牵引供电GIS柜实际运行情况，与套管生产厂家保持密切沟通，不断提升GIS柜气室套管的生产质量。

2.妥善处理继电器与储能电机运行故障。为了保证GIS柜内部继电器和储能电机的安全运行，在故障处理期间，检修人员可从以下几个层面分析，具体见表1。

表1 GIS柜继电器和储能柜电机故障处理要点

3.合理解决枢纽变电所停电处理难题。在高速铁路牵引供电GIS柜当中，如果枢纽变电所出现停电现象，会对供电方式产生较大影响，因此，维修人员需要将开关柜和母线柜有效连接，提升套管质量，减小高速铁路牵引供电GIS柜出现运行故障的次数。对于检修人员来讲，要结合高速铁路供电系统的运行情况，从实际角度出发，妥善改变供电方式，并准备充足的备用电源，也可以采用协调天窗停电方法，妥善解决高速铁路牵引供电GIS柜停电问题。

4.注意事项。（1）处理前的注意事项。1）合理确定故障处理时间。由于GIS柜内部设备的生产厂家不同，会增加设备故障处理难度，因此，检修人员需要妥善确定故障处理时间，在处理高速铁路牵引供电GIS柜设备故障之前，检修人员需要提前将防火封堵拆除，并及时办理好停电工作票，保证网上隔离开关处于断开状态，操作电源也处于断开状态。保持高压电缆终端母排位置，地线处于悬挂状态，绑扎稳固。2）提前制定好停电计划。在故障处理之前，检修人员需要提前制定好停电计划，并认真办理有关手续。3）制定出科学的应急方案。检修人员需要提前开展电缆拆装试验，并准备适量的电缆插头与电缆堵头，保证高速铁路牵引供电GIS柜能够正常送电。（2）故障处理过程中的注意事项。高速铁路牵引供电GIS柜故障处理期间，检修人员要特别注意以下问题：首先，合理安排检修时间，因为故障检修需要开展有关试验，因此，检修人员需要将电缆头拆装好，预留出充足的检修时间。其次，在高压试验期间，检修人员需要将三工位开关与断路器打开，并对各项设备进行停电处理，保证各项设备处于隔离状态。最后，接地线安装与拆除过程中，检修人员要保证试验电缆插头接地，接地保持独立状态，禁止将其连接到柜体内部，电压试验加压之前，检修人员还要将接地线彻底拆除。（3）GIS柜检修注意事项。1）高压试验。GIS柜的回路电阻、分合闸时间等试验项目均需要撤除电缆头，且需拆除防火封堵，工作量非常大，需做好人员、时间的安排。）做好电缆头拆卸的培训。检修车间应组织培训电缆头拆卸，并备好无水酒精、无毛纸、润滑脂等材料；建立与电缆头安装队伍的合作机制，电缆头安装由专业施工队伍完成；高压电缆头的应急撤除由检修车间完成。3）设备安装、拆除时，必须先将壳体可靠接地。4）拆卸避雷器。进行GIS柜检测时，必须先将避雷器拆卸。避雷器不允许进行绝缘耐受试验及工频放电电压试验；安装、拆卸、搬运时必须轻拿轻放，谨防损伤避雷器密封面和计数器接口。

三、建议

1.重视新故障问题的分析整改。运营单位对GIS柜的任何部件首次发生问题，都需予以重视，必须根据现象找准问题，会同厂家查明原因，联合制定整改措施，保证整治效果。同时，安排对同一厂家同一批次，或不同厂家相类似设备进行排查，逐步摸索规律，避免类似问题重复发生。

2.抓好源头质量管理。GIS开关柜属变电关键设备，一旦发生故障影响范围非常大，必须严把源头质量关。设备招标期间运营单位需要参与对技术规格书的审查，取长补短，保证技术条件指标满足实际运行安全及需求。到场验收试验需严格执行验收标准，认真对待出现的任何问题。

3.采用在线监测技术预防故障发生。建议对柜体本身关键部件及绝缘气体进行在线监测，并将监测信息纳入远动或辅助监控系统。早期设备缺乏对开关内部运行参数的监测，随着技术的发展，建议新建或进行设备改造设计时增加GIS柜在线监测功能，包括对高压室的SF6泄漏监测等。

4.优化供电方案，减小故障影响，方便故障处理。枢纽变电所供电范围不宜太大，变电所设计时需要考虑停电检修、灵活供电问题，通过采用适当增加变电所母线分段数量、为动车所开闭所提供第3路普速备用电源等方法，为后期的运行维护创造条件，避免变电所因不能全所停电造成设备失修，为运行埋下重大隐患。

5.加强施工管理。各运营单位需要做好提前介入管理，严格过程盯控，防止施工安装赶进度、赶工期、违章操作造成设备损伤，特别是开关柜安装、电缆铺设、电缆头制作等关键工序，必须严格执行工艺标准，不允许简化程序，以免埋下隐患，造成长时间运行后发生故障。

总之，通过对提升高速铁路牵引供电GIS柜安全性的重要措施进行科学分析，例如明确高速铁路牵引供电GIS柜常见运行故障、提升GIS柜气室套管质量、提升GIS柜气室套管质量、合理解决枢纽变电所停电处理难题等等，可以保证高速铁路牵引供电GIS柜安全、稳定的运行，提升高速铁路牵引供电GIS柜的可靠性能，满足高速铁路牵引供电需求。

参考文献：

[1]汪敏.高速铁路牵引供电系统电能质量监测系统方案探讨.2021.

[2]贺犁.高速铁路牵引供电系统对区域电网电能质量的影响研究.2022.