220kV GIS斷路器內絕緣故障分析與處理

陳柱梁

摘 要：高壓斷路器的絕緣問題直接影響到斷路器的安全穩定運行，尤其是內絕緣件檢測難度大，常規檢修和測試不易發現，一旦發生絕緣故障，將造成設備損壞和系統故障，經濟損失及社會影響巨大。本文通過實例闡述了北京某廠生產的220kV GIS斷路器消弧室內絕緣故障的原因分析和處理方法。

關鍵詞：斷路器；絕緣；閃絡；故障；鐵銹；噴口

中圖分類號：TM561 文獻標志碼：A

1 概述

1.1 某變電站位于廣州市永和開發區。電氣安裝最終建設規模為4臺240MVA主變壓器。本期建設2臺240MVA主變壓器，同時裝設相應容量的無功補償及其它附屬設備。220kV GIS最終出線8個間隔，其中本期出線2個GIS間隔；110kV最終出線14個GIS間隔，其中本期出線7個GIS間隔。本站投產后將成為永和開發區內主要負荷點，在電網中也占有重要的位置，起到聯絡增城站于科城站作用，一旦該變電站發生故障，將對永和開發區乃至科學城電網造成巨大影響。

1.2 220kV某變電站共安裝9臺220kV電壓等級的斷路器，其中#2額定電流 3150A、額定開斷電流 50kA，于2011年安裝，準備年底投產。

1.3 220kV GIS設備安裝完成后，為全面掌握斷路器的狀況，業主委托技術公司在2012年01 月06日對即將投產的斷路器進行工頻耐壓試驗，在對B3間隔（#3主變）A相斷口進行交流耐壓試驗時，當試驗電壓升至 310kV 時，斷路器內部出現放電。技術公司當即組織有關人員進行排查處理，再次進行耐壓試驗通過。隨后下午時間14時30分接上級通知：將B3間隔（#3主變）A相斷口再次進行交流耐壓試驗，試驗通過。2012年01月16日該站啟動，進行到對#3主變充電第3次時，時間約下午17時55分，B3間隔開關跳閘，后臺監測B3間隔B相有24500A的短路電流，當晚技術公司與試研所絕緣測試結果未見異常。

1.4為接受此次事故教訓，全面掌握某廠的高壓斷路器內部狀況，防止存在類似斷路器的缺陷，在再次投產前，業主決定對斷路器進行解體檢查。解體前制定了帶有針對性的 220kV GIS高壓斷路器解體檢修方案，2012 年 01月17日早，在對其B相解體檢修工作中，B相GCB 內部有大量白色粉末產生，有臭雞蛋氣味，有黑色芝麻大小顆粒異物，初步檢查未發現放電痕跡，現場人員立即查找原因收集采樣，并及時安排對其余 8 臺斷路器制定檢查計劃。

2 斷路器解體檢查工藝介紹及內絕緣閃絡故障剖析

2.1斷路器的基本結構（不包括套管及機構箱）

斷路器的基本結構如圖1所示。斷路器為三相分裝式，配用液壓操動機構，可進行單極操作或由電氣連接實現三相聯動。每相由消弧室、GCB殼體、液壓操動機構組成。每相的殼體一端有端蓋，打開后用來裝配單斷口組件以及檢查斷口上的弧觸頭和噴口，端蓋上裝有吸附劑。滅弧室結構通過絕緣支持臺固定在殼體內，通過絕緣操動桿與液壓操作機構相連。滅弧室有靜觸頭組立和動觸頭組立兩大部分組成。靜觸頭組立包括：法蘭、絕緣臺、靜觸座、靜弧觸座、靜弧觸頭、靜主觸頭、屏蔽罩。動觸頭組立包括：絕緣支撐筒、絕緣桿、動觸座、活塞桿、活塞、中間觸頭、壓氣缸、氣缸座、動主觸頭、動弧觸頭、噴口。

解體斷路器（GCB） ：

拆除 GCB 短直線和端頭→拆除內部連接導體（含滅弧室上部導電支持臺）→拆除

GCB 上部單相絕緣子→將曲軸箱緩沖器和防塵板拆下→拆除主軸，將 GCB 立裝于工裝車上，將GCB殼體拆除→GCB解體完畢

解體滅弧室 ：

拆除滅弧室極間絕緣筒→拆除滅弧室下部導電支持臺→將圓柱銷用榔頭敲出（破壞性的）拔出操作桿、活塞、缸筒組立

第一步：拆除短直線筒，端蓋和 2 只絕緣子連接導體及絕緣子

第二步：將曲軸箱緩沖器和防塵板拆下，將 GCB 殼體拆除

第三步：拆除靜觸頭組立，曲軸箱和絕緣支持臺

第四步：拆除極間絕緣筒

第五步：拆除下部導電筒，絕緣拉桿，噴口.

第六步：得到動觸頭組立

2.2短路器解體檢查工藝流程

在咨詢廠家技術人員的基礎上，斷路器解體檢查前首先制定了保障安全的安全措施、組織措施及技術措施，并且確定了短路器重點檢查范圍：套管梅花觸頭有無過熱、動靜弧觸頭有無燒傷、主觸頭表面金屬層有無脫落、絕緣支持筒內部絕緣有無缺陷。

2.2.1. 斷路器外部解體

解體過程及現象：

解體前進行了絕緣電阻測試（因斷路器在分閘狀態未進行主回路電阻測試）使用 2500V 搖表對斷口前后分別進行測試。測試結果∞大（合格）。

第一步解體后現象：容器內有大量白色粉末，附著于筒內壁和部件之上。

第二步解體后現象：曲軸箱內有極少量白色粉末，絕緣擋板未變色，無機械變形，無脫落零部件。極間絕緣筒內壁有閃絡現象，下部導電筒在運行狀態的下側有放電燒蝕現象。斷路器外殼與導電支持臺相對位置有明顯放電燒蝕痕跡四周有放射狀噴濺的黑點。無脫落零部件。

第三步解體后現象：絕緣支持臺正常無閃絡痕跡無變形。固定電弧弧接觸子正常，固定主接觸子觸指中 4 片有劃傷現象。

第四步解體后現象：極間絕緣筒外部覆蓋白色粉末，其內側運行位置時靠大地側有明顯爬電痕跡，其余部位正常。滑動接觸子臺外側有熏黑現象，無變形。

第五步解體后現象：絕緣操作桿表面干凈無閃絡痕跡，無機械變形.噴嘴內側有一條明顯灰色痕跡，其余部分無變形，無損傷，可動主接觸子與固定主接觸子觸指插接部位有對應的劃傷現象，可動電弧接觸子正常。

2.2.2. 斷路器內部解體檢查

第一步檢查動靜弧觸頭及主觸頭有無燒傷；檢查主觸頭部分金屬層有無脫落現象，將觸頭表面用無水乙醇擦拭干凈。endprint

第二步拆下動側部分壓氣缸，檢查活塞有無磨損及是否有卡澀現象，將壓氣缸活動部分擦拭干凈并涂抹真空潤滑硅脂。

第三步檢查套管梅花觸指有無過熱，彈簧有無折斷現象。

第四步檢查絕緣筒絕緣表面有無放電爬電現象，如有放電爬電現象應及時進行更換處理。

第五步檢查罐體內部觸頭正下方有無金屬粉末，正常情況觸頭正下方都有少量金屬粉末，這是由于國產觸頭材質工藝造成，如有大量金屬粉末應分析原因。

2.2.3. 斷路解體檢查后回裝及注意問題：斷路器解體檢查后回裝順序應與解體時反順序進行，有以下幾個問題要引起注意。

（1）各部接合面在斷路器安裝時由于防漏防水要求都涂有密封膠，在各部件安裝時一定要將原密封膠清除干凈后重新涂抹密封膠再進行回裝，清除密封膠時注意一定不要用鐵質 器械，以防將密封接合面劃傷引起 SF6 氣體泄漏。

（2）在安裝靜側觸頭部分時，連接螺絲先不要緊固，吊車也不能松勁，檢查靜弧觸頭正對動弧 觸頭中心時才能緊固連接螺絲，如中心偏離比較多依靠調解靜弧觸頭不能保證正對中心，從而導致斷路器合閘過程中發生合閘彈跳。

（3）在對斷路器整體抽真空是要保證本體內部壓力低于 133Pa 后保持3小時，以保證沖入 SF6 后微水達到最小，規程規定斷路器 SF6 微水大修后不能大于150PPm，如果真空保持時間達到三小時，可將微水控制在 50PPm 以下。在往本體沖入 SF6 時要先將管路抽真空以保證本體 SF6 純度，純度和微水是檢驗 SF6 電氣性能的重要指標。

四、回裝完畢后斷路器按照出廠標準進行整體機械特性試驗及耐壓試驗。

2.3 對斷路器 B 相內部解體檢查發現重大缺陷

2.3.1在對斷路器動側絕緣筒內部檢查時發現，絕緣筒內部有嚴重的爬電現象，并形成了一條貫通性通道。

2.3.2在拆下絕緣筒后在絕緣筒法蘭口處發現鐵銹，在法蘭連接螺絲孔中同樣有鐵銹。

2.4 絕緣筒損傷原因及處理方案

絕緣筒內部爬電損傷原因：發現絕緣筒內部爬電損傷后，局生產技術部立刻組織對另外兩相進行解體檢查，發現斷路器機構側支持絕緣筒內下部有鐵器銹蝕金屬粉末現象。一旦絕緣筒在高壓下被擊穿，斷路器將發生接地短路事故，變電站母線差動保護動作，與此斷路器相連母線的所有機組及外線將會全部斷開，嚴重時可導致全站停電而直接影響到電網的安全穩定運行。面對如此嚴重的設備缺陷，局生產技術部一方面組織仔細查找原因，另一方面聯系斷路器廠家到廠進行分析處理，并將此情況上報有關部門。經過對機構各部件的認真拆解檢查，發現斷路器機構直動密封桿中空部分有鐵銹，經局領導、電科院專家、廠家相關技術人員認真分析確定了此次設備缺陷原因：

（1）斷路器內部鐵銹在斷路器安裝運行后生成的可能性幾乎沒有， 因為在斷路器內部沖入的是高純度 SF6，沒有鐵銹生成的必要條件即氧氣，斷路器中SF6微水含量非常低，在微水檢測中，此斷路器微水含量最大不超過 50PPm，因此斷路器內部不具備鐵銹生成條件，鐵銹是在斷路器安裝運行前已經生成的，此分析結果得到廠家技術人員認可。

（2）斷路器動側絕緣筒連接法蘭螺絲孔中鐵銹，是由于在安裝前沒有嚴格執行安裝工藝， 認真檢查螺絲孔導致內部鐵銹沒有及時清理，但此鐵銹由于安裝后螺絲緊固被封住，鐵銹進入斷路器本體內部幾率非常小。

（3）斷路器動側直動密封桿由于是外協廠加工，加工后沒有作防腐處理，在倉庫中保管時直動密封桿中空部分氧化腐蝕生銹，斷路器在廠家安裝過程中，沒有認真執行安裝工藝檢查直動密封桿中空部分。斷路器在試驗及運行分合操作過程中，直動密封桿中空部分鐵銹由于振動和慣性進入絕緣筒，是導致絕緣筒內下部沿面放電的主要原因，分析結果得到廠家技術人員認可。此次斷路器解體確定了斷路器絕緣筒發生爬電缺陷的主要原因，斷路器直動密封桿中空部分有鐵銹是造成絕緣筒爬電的主要原因。

結語

本次事故及時發現了斷路器內部絕緣故障，分析清楚了事故原因，避免了 220kV 系統母線接地造成的設備損害和大系統停電事故，同時為確保斷路器安全穩定運行，也提出了一個值得生產廠家和使用單位思考的問題，廠家如何樹立細節決定成敗的理念，控制斷路器質量；用戶如何根據現場實際情況確定合理的檢修周期，而不要一味的機械遵循廠家的說明書。

參考文獻

[1]楊俊鋒.一起GIS斷路器控制回路故障的分析與處理[J].高壓電器，2009（06）.endprint