一起1000kV GIS斷路器故障分析及處理

蘇 文，闞 澤，過 羿，胡義濤，程慧敏

（國網(wǎng)安徽省電力公司檢修公司，安徽 合肥 230000）

一起1000kV GIS斷路器故障分析及處理

蘇 文，闞 澤，過 羿，胡義濤，程慧敏

（國網(wǎng)安徽省電力公司檢修公司，安徽 合肥 230000）

針對某1000 kV變電站1000 kVGIS斷路器在合閘過程中發(fā)生跳閘，介紹了故障詳細情況，通過對故障斷路器外觀檢查、返廠解體、產(chǎn)品質(zhì)量溯源等，發(fā)現(xiàn)合閘電阻靜側(cè)屏蔽與殼體有明顯放電痕跡，最終得出合閘電阻開關氣室內(nèi)部異物導致盆子發(fā)生沿面放電根本原因，提出了相應整改措施，為今后1000 kVGIS斷路器故障查找和運維保障提供參考。

斷路器；故障；合閘電阻；放電痕跡

0 引言

在特高壓電網(wǎng)結構中，1 000 kVGIS斷路器是最重要的電力設備之一，具有控制和保護作用［1-3］。一旦1 000 kVGIS斷路器發(fā)生故障，必然引起電網(wǎng)事故，甚至引發(fā)電力系統(tǒng)瓦解，帶來巨大的危害和經(jīng)濟損失。因此，分析1 000 kVGIS斷路器故障現(xiàn)象、及時定位故障、提出預防措施，對于特高壓電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

安徽某1 000 kV變電1 000 kVGIS斷路器在合閘過程中發(fā)生跳閘故障，通過對斷路器本體解體、試驗、產(chǎn)品質(zhì)量追蹤等，確認故障來源于設備現(xiàn)場安裝環(huán)節(jié)的異物引發(fā)合閘電阻開關氣室內(nèi)部盆子發(fā)生沿面放電。

1 故障經(jīng)過

安徽某1 000 kV特高壓變電站設備主接線如圖1所示。2016－09－27執(zhí)行網(wǎng)調(diào)調(diào)令，操作內(nèi)容為“1 000 kVⅡ母線復役”，現(xiàn)場天氣為晴。

圖1 1 000 kV設備區(qū)接線

在已完成“1 000 kVⅡ母線轉(zhuǎn)冷備用、T022開關由檢修轉(zhuǎn)運行、T033開關由檢修轉(zhuǎn)運行、T053開關由檢修轉(zhuǎn)運行”后，正在執(zhí)行“T062開關由檢修轉(zhuǎn)運行”中合上T0622閘刀的過程中發(fā)生故障跳閘（T0621開關已閉合）。發(fā)生1 000 kVⅡ母線跳閘、淮蕪Ⅱ線跳閘故障。

故障發(fā)生后，運維人員對外觀檢查未見明顯異常。利用SF6組分分析、紅外檢測等手段［4-5］，檢測出T062開關A相合閘電阻組分異常，其中SO2體積分數(shù)為163.2μL/L、H2S體積分數(shù)為 8.7μL/L、CO體積分數(shù)為8.2μL/L，其余氣室SF6組分未見異常；A相合閘電阻氣室溫度較其他相高12℃左右。初步定位故障氣室為T062開關A相合閘電阻氣室。

2 內(nèi)部檢查

2016-10-13對故障設備的合閘電阻開關氣室進行廠內(nèi)解體，合閘電阻開關氣室內(nèi)部結構如圖2所示。

圖2 合閘電阻開關氣室內(nèi)部結構

2.1 開罐檢查情況

對故障氣室開罐檢查，在電阻開關內(nèi)部發(fā)現(xiàn)兩處放電點：電阻開關靜側(cè)屏蔽與殼體處、電阻開關動側(cè)盆子處。放電位置內(nèi)部圖如圖3所示。

圖3 放電位置內(nèi)部圖

合閘電阻靜側(cè)屏蔽與殼體有放電痕跡，靜側(cè)屏蔽燒穿約1 cm圓孔，如圖4所示。

圖4 合閘電阻開關氣室內(nèi)部放電點1

電阻開關內(nèi)部與滅弧室之間的盆式絕緣子凸面有放電痕跡，在殼體、觸頭屏蔽有明顯燒蝕痕跡，其中觸頭屏蔽下部燒穿直徑約3 cm圓孔，如圖5所示。

圖5 合閘電阻開關氣室內(nèi)部放電點2

2.2 放電盆子檢查

對盆式絕緣子外觀檢查發(fā)現(xiàn)凸面燒蝕區(qū)可見明顯放電通道，如圖6所示。

圖6 盆式絕緣子放電通道

清理后檢查發(fā)現(xiàn)盆式絕緣子表面有2條明顯的燒蝕痕跡、中心導體邊緣有燒蝕缺損現(xiàn)象、表面有多處點狀噴濺燒蝕痕跡，如圖7所示。

圖7 盆式絕緣子燒蝕痕跡

從圖7（a）中可以看出，兩條燒蝕痕跡沿盆式絕緣子中心導體向外延伸，表面呈曲折狀爬痕，疑似爬閃放電。

對故障盆式絕緣子進行X射線探傷，發(fā)現(xiàn)盆式絕緣子絕緣澆注部分未見異常。用0.5mm銅絲在燒蝕痕跡附近進行標記定位，仍未見異常。

對故障盆式絕緣子凹面進行著色探傷，發(fā)現(xiàn)一處由14個點劃組成的長約25 cm線形痕跡。對此痕跡進行檢查，結合X射線探傷檢查情況判斷為表面劃痕。

對故障盆式絕緣子凸面進行著色探傷，發(fā)現(xiàn)中心導體和盆式絕緣子根部附近的點狀噴濺區(qū)有紅色斑點，應為電燒蝕后表面粗糙所致；盆子表面其余部位包括放電通道上未發(fā)現(xiàn)異常，如圖8所示。

圖8 凸面著色探傷

對盆式絕緣子表面2條燒蝕痕跡進行耐壓及局放試驗，升壓至635 kV并保持15min，未發(fā)生放電，635 kV下局放0.55 pC。

查看出廠資料，表明該盆式絕緣子例行水壓試驗、X射線探傷及尺寸檢測合格，記錄無異常；工頻耐壓試驗合格，局放測量2.6 pC；破壞水壓抽樣情況表明，該批盆式絕緣子共計60件，抽樣水壓破壞4件，均通過試驗。

通過對故障盆式絕緣子生產(chǎn)過程、出廠試驗記錄、同批次水壓情況的梳理，以及對該盆式絕緣子外觀檢查、X射線及著色探傷檢測，初步排除盆子本身存在質(zhì)量缺陷。

2.3 電阻開關觸頭檢查

在檢查電阻開關觸頭時，發(fā)現(xiàn)觸頭連接桿上存在疑似摩擦痕跡，如圖9所示。

圖9 電阻開關觸頭連接桿疑似摩擦痕跡

電阻開關觸頭連接桿表面磨痕方向為軸向，長度約265mm，呈直線形均布于連接桿表面，如圖10所示。

圖10 觸頭連接桿摩磨痕跡

裝配時表帶觸指及導向環(huán)表面涂敷潤滑脂，連接桿插入，表帶觸指發(fā)生彈性形變，形成多個觸點與連接桿緊貼，當動觸頭軸向往復運動時，產(chǎn)生摩擦，如圖11所示。

圖11 結構及裝配分析

對觸頭連接桿表面粗糙度及尺寸、支持座內(nèi)槽尺寸、支持座內(nèi)徑進行測量，均符合圖紙要求。對電阻開關動側(cè)導向環(huán)及表帶觸指裝配情況進行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。通過對電阻開關動側(cè)裝配檢查，以及觸頭連接桿相關尺寸、表面粗糙度的測量，電阻開關觸頭連接桿在運動過程中，與表帶觸指產(chǎn)生摩擦，其表面光滑，未見表面劃傷現(xiàn)象，觸頭連接桿表面軸向摩擦痕跡正常。

2.4 觸頭連接桿表面取樣分析

表帶觸指及導向環(huán)表面涂敷德國克魯勃潤滑脂，裝配工藝要求不出現(xiàn)淤積現(xiàn)象和拉絲痕跡。使用紅外光譜儀對克魯勃潤滑脂化學成分進行定性分析，其內(nèi)部不存在高硬度材料。因此，在運動過程中潤滑脂不會造成連接桿表面磨損。

收集觸頭連接桿表面的潤滑脂，對取樣樣品進行微觀觀察和能譜分析，發(fā)現(xiàn)潤滑脂內(nèi)有含有銀的混合物微粒，該銀微粒為連接桿以及表帶觸指表層鍍銀，金屬間運動中摩擦產(chǎn)生，通過連接桿的運動混入潤滑脂內(nèi)，但潤滑脂在運動過程中不會產(chǎn)生滴流現(xiàn)象。

為了確認燒蝕分解物的成分，對電阻開關內(nèi)部樣品成分進行分析，判定少量的銀應為中心導體嵌件表面燒蝕，并噴濺到盆式絕緣子表面而來。

通過收集內(nèi)部放電分解物利用INCA能譜儀對成分分析，在電阻開關內(nèi)部的放電分解物中未發(fā)現(xiàn)含量異常的元素。

3 故障分析及措施

電阻開關內(nèi)部動側(cè)盆式絕緣子凸面第一次放電，是本次故障的主因。放電導致SF6氣體純度下降，絕緣性能降低，加之在動側(cè)盆式絕緣子放電過程中產(chǎn)生大量粉塵物，落在靜側(cè)屏蔽罩上方，導致重合閘后靜側(cè)屏蔽對殼體第二次放電。造成該盆式絕緣子放電的原因為合閘電阻開關氣室內(nèi)部異物，異物來源于斷路器現(xiàn)場安裝環(huán)節(jié)，罐體內(nèi)部未清理干凈，異物殘留于低場強位置，在耐壓試驗階段不足以引起放電。但在斷路器長期運行過程，在電磁場作用下，異物逐漸向高場強位置移動，引發(fā)絕緣子表面電場畸變和局部電場集中，從而引起盆式絕緣子沿面放電。

加強現(xiàn)場安裝環(huán)節(jié)的工藝質(zhì)量管控，形成完整細致的工藝要求。GIS氣室的清理工作，要從清理順序、不同位置的清理方法、清理重點等方面進行要求。加強操作人員的技能培訓和激勵機制，促使操作者正確理解和執(zhí)行，杜絕異物殘留。

進行結構更改設計。目前，該型號1 000 kVGIS斷路器電阻開關的檢修孔在開關頂部，作業(yè)人員清理后需從該檢修孔取出殼體，然后封蓋，此過程會有異物掉落的可能。將檢修孔位置從頂部移至側(cè)面，防止斷路器清理時異物掉落在電阻開關內(nèi)部。

4 結語

介紹1 000 kV變電站1 000 kVGIS斷路器合閘過程發(fā)生跳閘的情況，分析得出放電根本原因，提出了相應整改措施，為今后1 000 kVGIS斷路器故障查找和運維保障提供參考。

［1］張衛(wèi)正，李永麗，姚創(chuàng).基于最小二乘支持向量機的高壓斷路器故障診斷［J］.高壓電器，2015，51（12）：79-83.

［2］徐建源，張彬，林莘，等.能譜熵向量法及粒子群優(yōu)化的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡在高壓斷路器機械故障診斷中的應用［J］.高電壓技術，2012，38（6）：1 299-1 306．

［3］張小勇，賈濤，王韻，等．特高壓電器設備絕緣試驗技術研究［J］．高壓電器，2007，43（2）：106-108，117．

［4］王建，章錫明.由斷口并聯(lián)電容器介損偏大引起的750 kV SF6罐式斷路器故障分析［J］.高壓電器，2016，52（1）：198-203.

［5］楊玥，車傳強，康琪，等.紅外成像技術在SF6設備帶電檢漏中的應用［J］.內(nèi)蒙古電力技術，2012，30（3）：80-83.

Analysis and Treatment of a 1 000 kV GIS Circuit Breaker Fault

SUWen，KAN Ze，GUO Yi，HU Yitao，CHENG Huimin
（State Grid Anhui Electric Power Company Inspection and Repair Company，Hefei230000，China）

Aiming at the tripping of 1 000 kV GIS circuit breaker in the process of closing for a 1 000 kV substation in Anhui，the situation of the fault is introduced detailedly.Through the visual inspection，factory disintegration，productquality traceability and othermeans of detection for the fault circuit breaker，it is found that significant discharge traces is between the static side shield and housing of closing resistance.Finally，it is concluded that the foreign matter in the air chamber of switch-on resistance switch the root cause of basin discharge，then puts forward the corresponding rectification measures，which provides an important reference for fault finding and operation and maintenance for 1 000 kV GIS circuitbreaker.

circuitbreaker；fault；closing resistance；discharge trace

TM561

：B

：1007－9904（2017）08－0053－04

2017-02-23

蘇文（1987），男，從事高電壓設備檢修工作。