一起氣體絕緣組合電器事故原因分析及建議

李 濤，杜曉平，蔣瑞金，孫學武

（國網山東省電力公司，山東 濟南 250001）

0 引言

GIS組合電器以其結構緊湊、絕緣性能良好、維護量小等優點，在城市電網建設中被廣泛采用。但GIS組合電器發生事故時處理難度較大，恢復供電慢［1］，事故處理費用高，為GIS組合電器的使用帶來了隱患。某電網2011年投產的ZF25-126型GIS設備，于2012年11月1個間隔的隔離開關氣室出現閃絡擊穿故障，母差保護動作。

1 設備試驗及投運情況

1.1 故障前試驗情況

220 kV甲變電站（簡稱甲站）完成了全部電壓等級GIS組合電器的安裝工作，對110 kV組合電器的SF6氣體壓力、微水量、泄漏量、密度控制器檢測合格，電氣單元設備試驗合格，老練試驗、耐壓試驗執行110 kV的電器設備標準，其中耐壓試驗使用電壓為230 kV，時間為1 min，各項試驗全部通過，2011年9月投運。

2012年5月，故障前110 kV乙線間隔所有氣室微水試驗數據合格且壓力無異常變化。

1.2 故障后試驗情況

故障前110 kV乙線間隔為熱備用狀態，故障后，經檢查各氣室SF6氣體壓力正常，保護錄波儀記錄為三相短路故障電流16.2 kA，該間隔-3隔離開關和-D3、-D5接地隔離開關公用氣室（簡稱-3隔離開關氣室）SF6氣體成分嚴重異常。初步判斷該氣室內部存在高能量放電故障。

SF6氣體濕度測試。故障氣室SF6氣體濕度達1 000 μL/L 嚴重超標。

SF6氣體中SO2、H2S氣體含量檢測。故障后對故障間隔的SF6氣體進行SO2、H2S氣體含量定量檢測，結果均檢出SO2、H2S氣體，其中SO2氣體體積分數達 1 205 μL/L，是正常標準 0.1 μL/L 的 12 050 倍。

SF6氣體雜質含量檢測。動態離子分析儀遷移波譜峰值差與樣氣雜質含量及污染等級關系見表1［2］。本次試驗采用GAS動態離子分析儀進行試驗，故障氣室SF6氣體雜質含量檢測結果見表2。

表1 遷移波譜峰值差與樣氣雜質體積分數及污染等級關系

表2 故障氣室SF6氣體雜質體積分數檢測數據

動態離子對SF6氣體雜質總含量及污染情況檢測結果表明：1母線1號、2號氣室、乙線 CT氣室、丙線CT氣室均無雜質污染；乙線斷路器、1號主變斷路器氣室為低度污染；丙線斷路器氣室中度污染；乙線-3隔離開關氣室（故障后）、丙線-3隔離開關氣室為高度污染；對丙線-3隔離開關氣室進行超高頻局放檢測，發現其局放量已嚴重超標。

2 GIS解體驗證及故障分析

2.1 GIS解體驗證

對乙線-3隔離開關氣室解體驗證。 對乙線-3隔離開關氣室解體，發現-3隔離開關A、C相動觸頭傳動絕緣扭桿燒毀并斷裂，如圖1、圖2所示。整個氣室內壁及導體表面附著了一層由固體絕緣介質和SF6氣體分解產生的白色粉塵。隨即拆解了116-3隔離開關動觸頭及絕緣扭桿，如圖3所示。

圖1 隔離開關故障圖

對丙線-3隔離開關氣室解體驗證。對丙線-3隔離開關氣室解體，發現-3隔離開關B相靜觸頭屏蔽罩燒損，如圖4所示，已處于絕緣擊穿的臨界狀態，如不處理勢必會引起線路故障跳閘。

圖2 斷裂的絕緣扭桿

圖3 隔離開關部件

圖4 B相靜觸頭

2.2 故障原因分析

隔離開關A、C相間的絕緣扭桿燒灼并向接地隔離開關方向斷裂，與B相接地隔離開關屏蔽罩距離很近，可以判斷為絕緣扭桿斷裂后絕緣性能下降導致A、C相間短路，并且因為斷裂方向靠近接地隔離開關B相靜側屏蔽罩，導致A、C相又與B相間發生短路，發生三相短路故障，短路發生瞬間的大電流及電弧能量將絕緣扭桿金屬接頭燒蝕并噴濺至周圍導體及屏蔽罩表面。解體過程中觀察燒蝕物噴濺方向證實這種判斷。

絕緣扭桿為長期承受高電壓零件，在正常使用及耐壓過程中有可能出現兩種故障，一是表面閃絡，另一為內部擊穿。在絕緣扭桿表面清理不干凈、場強分布不均或絕緣距離過近時常出現表面閃絡，但在上述3種情況改善后絕緣扭桿仍能達到電壓耐受要求。絕緣扭桿在出現裂紋、澆注氣道、內部缺陷或承受強大外力時常出現內部擊穿，內部擊穿為不可逆過程，出現擊穿后絕緣扭桿耐電壓程度不斷降低直至整體導通。 絕緣扭桿出現燒毀并斷裂的現象，應為扭桿發生內部擊穿。而扭桿如出現裂紋、澆注氣道及內部缺陷時在產品出廠耐壓、局放試驗及現場驗收試驗時均可發現此種缺陷，因此該扭桿在出廠時本身應該沒有上述3種缺陷。

經核實，2011年8月GIS供應商現場安裝人員，由于乙線間隔-3隔離開關電動機構在安裝完畢后分合閘位置不到位，在現場重新調整了機構的行程開關以及分合位置。但由于調整的過程中無法觀察隔離開關內部狀態，調整過程中存在機構及本體操作過位的情況。

綜上所述，乙線-3隔離開關氣室出現故障的原因，隔離開關調試過程中，扭桿因開關動作過位使導電桿卡死而使絕緣扭桿承受了超出額定扭矩的外力，導致扭桿出現了內部缺陷。在運行過程中，扭桿雖存在內部缺陷，卻仍能承受正常的相間運行電壓，能夠正常運行，但是扭桿本體的泄漏電流卻超出了正常范圍（尤其相間電壓的峰值時），不停的微量放電使扭桿本體材質碳化，耐壓水平不斷降低，直至出現A、C相間短路，相間短路大電流瞬間將扭桿斷裂，如圖5所示，扭桿斷裂又導致了與B相間的短路。

圖5 扭桿斷裂示意圖

丙線-3隔離開關氣室解體后發現隔離開關動觸頭及梅花觸頭表面出現燒蝕痕跡，判斷為隔離開關B相分合閘動作不到位導致虛接，高電壓下燒損。

3 結語

110 kV GIS隔離開關氣室在運行1年后出現閃絡故障是由于調整分合閘位置不當而導致扭桿受力（乙線-3隔離開關故障）或合閘虛接（丙線-3隔離開關臨界故障）而引起的。

1）GIS設備隔離開關分合閘位置調整時，必須打開隔離開關吸附劑蓋板，以確保分合閘內部機構調整到位。

2）對運行中的GIS設備進行局放監測，對發現異常的氣室，進行進一步SO2、H2S氣體含量帶電檢測［3］。

3）在異常氣室的SO2、H2S氣體含量不嚴重超標的情況下，帶電檢測異常氣室SF6氣體的污染物含量。

4）根據 2）、3）兩項檢測數據分析，可以引進專用氣相色譜技術進行進一步故障診斷及處理。

SF6氣體設備運行中，由于載流體接觸不良、絕緣老化等原因，會出現過熱、局部放電等故障。便攜式SF6專用氣相色譜儀可快速、準確、可靠地進行在線氣體樣品分析，通過檢測SF6分解物總量及SO2、H2S、CO、CO2、HF 等特征氣體含量，判斷內部故障的性質及故障定位。

［1］ 梁之林，朱大銘，張英杰，等.兩起GIS組合電器事故原因分析及建議［J］.電力設備，2007，8（7）：63－65.

［2］ IEC 60480—2004 Guidelines for the checking and treatment of sulfur hexafluoride （SF6） taken from electrical equipment and specification for its re-use［S］.

［3］ 張曉星，姚堯，唐炬，等.SF6放電分解氣體組分分析的現狀和發展［J］.高電壓技術，2008，34（4）：664-669.