大型發(fā)變組GIL設備單相故障技術原因分析及處理

張龍

摘 要：國內(nèi)某大型電廠管道母線（GIL）在正常運行期間突然發(fā)生導體對外殼放電故障，導致機組停運，通過對故障前的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，和故障后的氣體分解產(chǎn)物分析了故障的原因，就管道母線從出廠到安裝、在運中不完善的問題提出了改進建議，通過更換該段管母線及時處理了故障。

關鍵詞：大型發(fā)變組；GIL；單相故障

中圖分類號：TV738 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0113-01

氣體絕緣金屬封閉輸電線路，簡稱GIL（Gas Insulated Metal Enclosed Transmission Line）。自從1972年GIL投入商業(yè)運行以來，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應用。這種超高壓輸電方式布置緊湊、輸送容量大、可靠性高，為長距離輸電系統(tǒng)提供了理想的選擇。與常規(guī)電纜系統(tǒng)和架空輸電線路相比，GIL輸電容量大，布置緊湊而靈活，有效的電磁屏蔽，運行可靠而安全，使其在某些特定的使用環(huán)境和條件下，具有技術優(yōu)越性。GIL適用于電壓等級為110kV及以上，載流量可達5500kA的輸電系統(tǒng)。主要由長外殼、導體、絕緣子、彎頭、膨脹節(jié)、氣體密度繼電器、吸附劑、防爆膜、出線套管、電流互感器等部分組成。

國內(nèi)首個大型發(fā)變組GIL設備是由美國AZZ公司于1992年憑借南網(wǎng)公司天升橋變電站項目打入國內(nèi)市場，目前該公司設備在嶺澳一、二期、紅沿河一期、臺山項目及三門核電項目均投產(chǎn)運行中。但隨著發(fā)變組GIL設備國產(chǎn)化制造程度的不斷提高，由于制造工藝和運輸、安裝工藝等原因發(fā)生導體對外殼放電故障的頻次在近年來正呈現(xiàn)上升趨勢。

1 故障描述

2014年12年5日19：06：28，國內(nèi)某大型電廠500kV開關站4號機進線充電保護動作，5041斷路器跳閘，4號主變失電，4號機A相高壓側故障電流約為26kA（有效值），經(jīng)對GIS、GIL、主變等設備檢查發(fā)現(xiàn)：GIL輸電管道A相402氣室SF6氣體分解物SO2為33.5μL/L，其它分解物未檢出，402氣室SF6氣體含水量為593μL/L（環(huán)境溫度為-3度），初步判斷故障點應在GIL輸電管道A相402氣室。

現(xiàn)場從12月11日開始對GIL輸電管道A相402氣室進行開蓋檢查，12月15日發(fā)現(xiàn)在靠近A相主變第4根GIL管道內(nèi)的第1個支撐絕緣子處，發(fā)生了嚴重的擊穿放電現(xiàn)象。支撐絕緣子的上部支撐已燒損并破裂，周圍有若干散落的大小不一的絕緣子碎塊，在損毀的支撐絕緣子兩端的導體和殼體內(nèi)壁附著放電產(chǎn)生的大量白色粉末。

12月22日在各相關方見證下，對GIL故障段解體檢查發(fā)現(xiàn)：故障絕緣子的上部支撐完全斷裂，與導電桿連接的斷裂面為白色，沒有電弧灼傷痕跡；在上部支撐與微粒捕捉器的連接處有黑的灼傷痕跡，連接處彈簧燒斷，絕緣子低電位側碎塊均被放電產(chǎn)生的熱量及電弧熏黑，該絕緣子靠變壓器側0.5米處的導電桿有電弧灼傷痕跡。另外，在絕緣子上部支撐附近的外殼上發(fā)現(xiàn)有凹坑；經(jīng)測量，凹坑深度最深處約為2mm。

2 故障分析

通過故障波形分析、設備外觀檢查和SF6氣體成分測量等一系列技術手段，確認為GIL母線A相402氣室發(fā)生接地故障。

2014年12月15日，經(jīng)解體最終確定故障點位置，并根據(jù)故障情況制定返廠修復方案，設備抵達工廠后隨即召開故障原因分析。經(jīng)過現(xiàn)場拆解取證并結合AZZ以往業(yè)績情況，得出原因分析如下：支撐絕緣子在低電位側存在裂紋缺陷，送電后在高電場的作用下裂紋擴大，局部放電加劇，絕緣性能下降，最終支撐絕緣子發(fā)生擊穿電弧放電。

將故障絕緣子及絕緣子碎塊運至美國AZZ進行拼接復原，分析故障原因并于2015年1月9日得出廠家原因分析報告如下：經(jīng)過對故障絕緣子的復原（見下圖3）AZZ分析故障起始點應是靠近外殼的絕緣子處有微小的裂紋，經(jīng)過不斷的放電累積，導致絕緣子被擊穿。絕緣子裂紋產(chǎn)生階段可能為運輸、存儲、吊裝、現(xiàn)場對接前的某一階段。

經(jīng)過對以往項目的情況分析，分析認為在設備安裝前絕緣子存在裂紋的可能性比較大，鑒于現(xiàn)場及設備條件所限，難以發(fā)現(xiàn)該處隱藏缺陷。

由于支撐絕緣子存在缺陷，因裂紋微小，現(xiàn)場工頻耐壓得以通過。送電后在高電場的作用下，裂紋逐漸擴大，造成局部電場畸變，局部放電加劇，絕緣性能下降。當這種現(xiàn)象擴大到一定程度時，造成導體對地放電。在短路電弧的燒灼下支撐絕緣子放電炸碎。

通過以上分析及解體檢查，分析判定本次故障的原因是支撐絕緣子在低電位側存在裂紋缺陷，使支撐絕緣子發(fā)生擊穿電弧放電。經(jīng)核查該故障段母線出廠局放值是0.13pC，可排除出廠前絕緣子有內(nèi)部裂紋缺陷可能性，該缺陷可能是在設備出廠后到現(xiàn)場對接前產(chǎn)生。

3 建議措施

（1）AZZ對支撐絕緣子的機械沖擊耐受強度進行校核和改進。（2）在后續(xù)安裝階段，由廠家提供對內(nèi)部絕緣子的檢查方法和相關設備。（3）在后續(xù)設備運輸中，每個運輸單元增加沖擊記錄儀。（4）生產(chǎn)廠家在后續(xù)出廠的GIL產(chǎn)品上對絕緣子裝配的位置進行標記。（5）對在運GIL設備SF6進行成分分析，以確定設備內(nèi)部是否存在局部放電。

4 改進處理

故障母線在AZZ揚州工廠完成修復，并再次通過出廠試驗，發(fā)運現(xiàn)場。根據(jù)給出的改進措施，做出以下改進：

（1）母線出廠后全部加裝沖擊記錄儀，以便發(fā)現(xiàn)運輸過程中可能出現(xiàn)的各種機械沖擊，從而避免母線經(jīng)受機械傷害而不被察覺。故障母線到場至回裝完成，沖擊記錄儀記錄結果全部正常。（2）母線出廠后對絕緣子裝配位置使用色帶標記，到場后對母線外殼進行外觀檢查，并對色帶標注區(qū)域進行重點檢查。（3）對非故障母線各氣室進行氣體成分測試，試驗結果無異常。排除了4號機GIL母線可能存在的質(zhì)量隱患。

確認母線完好后，在供貨商技術人員的監(jiān)督指導下完成對接安裝，回裝完成后進行了國標和廠家要求的各項交接試驗，試驗結果合格。AZZ廠家根據(jù)運輸、安裝、試驗情況對4號機GIL母線設備質(zhì)量做出承諾。

安裝后的GIL母線設備交接試驗主要依據(jù)《GB 50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》和《DL/T 304-2001氣體絕緣金屬封閉輸電線路現(xiàn)場交接試驗導則》來進行。其中，標準一第14章六氟化硫封閉組合電器未要求進行局放試驗；標準二也未對局放試驗進行強制要求，只建議如現(xiàn)場具備條件可進行超聲波探測等間接方法進行局放試驗，但沒有給出量化的判別標準。

美國AZZ針對其設備特點，給出了超聲波探測的局放試驗方法，但注明沒有判別標準。經(jīng)咨詢西高所、武高所等行業(yè)專家和具備此試驗能力的地方電科院，得出結論：超聲波探測局放試驗受外界環(huán)境干擾較為嚴重，并且國際、國內(nèi)均無量化的判別標準，需憑經(jīng)驗做出判斷，多用于故障查找中使用，無法作為交接試驗判別方法。

5 結語

由上述分析可見，目前GIL管道母線在電站中的運行存在著因為在前期設備出廠后運輸、存儲、吊裝、現(xiàn)場對接前的某一階段導致絕緣子生成微小裂紋，經(jīng)過長時間發(fā)生的局部放電作用，造成設備絕緣損害，最終導致接地故障的發(fā)生。目前GIL管道母線支撐絕緣子的機械沖擊耐受強度的工藝改進和監(jiān)測手段尚不成熟，安裝階段由廠家提供對內(nèi)部絕緣子的檢查方法還處于實踐探索階段，超聲波探測局放試驗免受外界環(huán)境擾動的抗干擾能力和判別標準還處于理論研究階段。GIL管道母線的光纖測溫和紅外測溫技術應逐步提高測量的精度，向分布式測溫方向發(fā)展。GIL管道母線的在線監(jiān)測模型還需進一步開展模擬各類復雜工程和在運階段的工況進行研究。

參考文獻

[1]《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》（GB 50150-2006）[S].

[2]《氣體絕緣金屬封閉輸電線路現(xiàn)場交接試驗導則》（DL/T 304-2001）[S].