500kV斷路器內(nèi)部放電故障分析

張建祿 王志亮 張曉東 修翔耀 孫煒

摘 要：本文詳細(xì)分析了兩個(gè)典型的斷路器跳閘，將故障斷路器進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問題的原因，總結(jié)出常見的斷路器放電故障是由隱藏不容易簡(jiǎn)單去除的雜質(zhì)在運(yùn)行中掉落而導(dǎo)致，并提出了一些建議措施。

關(guān)鍵詞：罐式斷路器；內(nèi)部擊穿；故障原因；故障分析；措施

中圖分類號(hào)：TM561 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）08-0158-01

1 前言

隨著超高壓電網(wǎng)的迅速發(fā)展，500kV斷路器的使用量大大增加，其運(yùn)行情況比220kV電網(wǎng)復(fù)雜得多。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的故障和滅弧室故障是高壓斷路器的典型故障。它們具有高隱蔽性、故障易于惡化和擴(kuò)展、檢測(cè)能力低等特點(diǎn)。分析500kV斷路器內(nèi)部放電故障現(xiàn)象，改善檢測(cè)手段，總結(jié)了反事故措施對(duì)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行的斷路器具有十分重要的意義。

2 故障分析

2.1 故障點(diǎn)初步判斷

線路檢修預(yù)試結(jié)束，斷路器轉(zhuǎn)基建，其他斷路器正在進(jìn)行張廉線的基建擴(kuò)建工作，其它設(shè)備為正常運(yùn)行方式。線路檢修預(yù)試結(jié)束恢復(fù)送電過程中，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員在進(jìn)行合閘和隔離開關(guān)時(shí)，發(fā)生異常聲響，主控室綠燈閃爍并同時(shí)事故告警音響，保護(hù)室檢查500kV母差保護(hù)RADSS動(dòng)作，多個(gè)斷路器保護(hù)動(dòng)作。故障發(fā)之后生，維修人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，檢查顯示5043-2隔離開關(guān)支撐絕緣子，絕緣子操作沒有明顯損壞，隔離開關(guān)到5043斷路器主支撐絕緣子，沒有異常，5043路斷路器外殼和機(jī)構(gòu)，沒有異常。由于5043路斷路器母線側(cè)的兩套線路保護(hù)電流動(dòng)作，因此故障點(diǎn)應(yīng)該在斷路器的總線側(cè)TA側(cè)，使線路保護(hù)能感覺到故障電流，裝置跳閘做出保護(hù)動(dòng)作。5043斷路器保護(hù)電流來(lái)自TA圈，因?yàn)?043斷路器沒有保護(hù)動(dòng)作，差動(dòng)母線保護(hù)裝置只有5013，5023，5033，5053，5063斷路器電流值，所以判斷5043的斷路器線路側(cè)沒有感覺到故障電流。500kV總線差動(dòng)保護(hù)電流來(lái)自5043路斷路器的線路，因?yàn)?043線路沒有感覺到故障電流，所以判斷在5043斷路器內(nèi)部母線側(cè)部分應(yīng)該是故障點(diǎn)[1]。

2.2 解體檢查

現(xiàn)場(chǎng)打開5043斷路器側(cè)蓋后，發(fā)現(xiàn)5043斷路器A相靜止接觸頭屏蔽有明顯地放電到斷路器罐體，放電使罐底產(chǎn)生少量金屬顆粒和白色分解物。在斷路器滅弧室被吊出罐體后，詳細(xì)檢查了電弧室和罐體。斷路器的內(nèi)部被發(fā)現(xiàn)有未知的顆粒和其他金屬異物。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)情況檢查

線路檢修預(yù)試結(jié)束恢復(fù)送電過程中，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員在進(jìn)行合閘和隔離開關(guān)時(shí)，發(fā)生異常聲響，主控室綠燈閃爍并同時(shí)事故告警音響，保護(hù)室檢查500kV母差保護(hù)RADSS動(dòng)作，多個(gè)斷路器保護(hù)動(dòng)作。故障發(fā)生后，維修人員立即對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查：檢查斷路器5023-2支持絕緣子、絕緣體、無(wú)異物及放電痕跡，刀閘開關(guān)至5023開關(guān)保險(xiǎn)絲支持絕緣子和導(dǎo)線沒有異常；檢查5023機(jī)構(gòu)和開關(guān)套管，沒有異常。直流電阻、絕緣電阻測(cè)量和SF6氣體微波測(cè)試的測(cè)試結(jié)果是正常的。根據(jù)上述檢測(cè)結(jié)果，與繼電保護(hù)動(dòng)作信息相結(jié)合，故障的初始判斷是開關(guān)內(nèi)出現(xiàn)閃絡(luò)。打開開關(guān)側(cè)蓋后，發(fā)現(xiàn)靜態(tài)觸點(diǎn)開關(guān)母線側(cè)擋板有明顯的放電痕跡，斷路器開關(guān)內(nèi)部沒有異物，在罐底有少量金屬顆粒和白色粉末的產(chǎn)生；金屬顆粒應(yīng)被認(rèn)為是由屏蔽環(huán)放電損壞產(chǎn)生的[2]。

3 原因分析

線路檢修預(yù)試結(jié)束恢復(fù)送電過程中，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員在進(jìn)行合閘和隔離開關(guān)時(shí)，發(fā)生異常聲響，主控室綠燈閃爍并同時(shí)事故告警音響，保護(hù)室檢查500kV母差保護(hù)RADSS動(dòng)作，多個(gè)斷路器保護(hù)動(dòng)作。事故發(fā)生后，基于故障相斷路器滅弧室可進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)斷路器接觸B相平衡閥具有明顯的放電燒損痕跡，同時(shí)在平衡覆蓋罐底壁上有燒傷痕跡和金屬顆粒。造成放電故障的原因是斷路器罐體內(nèi)存在異物，它們都是滅弧室屏蔽罩對(duì)罐體或接觸器放電，故障發(fā)生在送電過程中[3]。分析故障原因如下：

（1）在斷路器罐體內(nèi)有異物的存在容易引起閃絡(luò)故障分析：因?yàn)镾F6斷路器的內(nèi)部絕緣采用微不均勻的電場(chǎng)結(jié)構(gòu)，當(dāng)存在金屬顆粒時(shí)，會(huì)改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)內(nèi)部原有的電場(chǎng)。根據(jù)LW13-550型斷路器內(nèi)部金屬粒子模擬計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度（模擬粒子5毫米x1毫米）顯示，在1675千伏電壓下進(jìn)行測(cè)試，沒有金屬粒子的最大電場(chǎng)強(qiáng)度是25.5kVmm，但金屬顆粒表面電場(chǎng)強(qiáng)度是29kVmm，表明斷路器內(nèi)部有金屬顆粒存在會(huì)大大減少內(nèi)部絕緣強(qiáng)度，容易導(dǎo)致放電故障。（2）試驗(yàn)分析：SF6斷路器是絕緣能力受內(nèi)部導(dǎo)電微粒的影響，各種教材和材料都有提到，而對(duì)LW13-550型斷路器會(huì)有多大的影響，需要進(jìn)行測(cè)試。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，證明了斷路器內(nèi)部有金屬顆粒的存在將大大降低斷路器滅弧內(nèi)部絕緣強(qiáng)度，從而增加放電的可能性。（3）產(chǎn)生金屬異物的原因分析：基于對(duì)9臺(tái)的斷路器滅弧室專項(xiàng)檢查分析，發(fā)現(xiàn)金屬異物主要來(lái)自：斷路器在安裝過程中控制不嚴(yán)，使異物被帶入斷路器體內(nèi)。如在罐子里發(fā)現(xiàn)了一只死蒼蠅；由于斷路器制造過程控制不嚴(yán)格，導(dǎo)致產(chǎn)生毛刺或接觸面不干凈，尺寸位置偏移。在清潔過程中，主要表現(xiàn)為：1）在電弧室的裝配過程中，鑄件的零件和表面的材料沒有清洗而留下殘留物。金屬異物在封面和螺紋孔的內(nèi)部被發(fā)現(xiàn)。2）在滅弧室的裝配過程中，由于零件的制造誤差，導(dǎo)致安裝兩件接觸件的靜態(tài)接觸頭時(shí)，產(chǎn)品因靜電接觸而產(chǎn)生不良反應(yīng)，過度磨損引起的接觸產(chǎn)生異常狀態(tài)。

4 改進(jìn)措施

4.1 對(duì)該型斷路器結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行改進(jìn)

初步對(duì)該型斷路器罐體進(jìn)行了改進(jìn)，在罐體底部靜側(cè)屏蔽罩下方增加了粒子捕捉器。再次對(duì)斷路器進(jìn)行改進(jìn)，加大了罐體直徑，由原來(lái)的900mm增加至1000mm，同時(shí)對(duì)滅弧室進(jìn)行了改造，將靜側(cè)屏蔽罩由兩片對(duì)接改為一體式，靜觸頭改為整體式，經(jīng)過改進(jìn)，斷路器罐體內(nèi)的金屬微粒等異物在運(yùn)動(dòng)至靜側(cè)屏蔽罩附近時(shí)就會(huì)落入粒子捕捉器中，由于粒子捕捉裝置的屏蔽作用，使金屬粒子因失去電場(chǎng)的作用靜止在捕捉裝置中；另外增大了斷路器罐體直徑后，1675kV試驗(yàn)電壓下罐體內(nèi)部最大電場(chǎng)強(qiáng)度由25.5kV/mm降低至22kV/mm，從而大大提高了絕緣裕度，降低了放電幾率。同時(shí)改進(jìn)滅弧室后電場(chǎng)分布更加均勻，靜觸頭改為整體式后改進(jìn)了觸頭對(duì)中效果，有效降低了由于觸頭分合閘時(shí)碰撞產(chǎn)生金屬微粒的機(jī)會(huì)[4]。

4.2 加強(qiáng)廠內(nèi)組裝時(shí)的工藝控制

一般工廠組裝需要嚴(yán)格控制環(huán)境，如在特殊的車間進(jìn)行滅弧室裝配，這非常有利于控制雜質(zhì)，壓力測(cè)試也應(yīng)該能夠證明在出工廠前后的很短的時(shí)間內(nèi)，斷路器內(nèi)部表面是干凈的。但并不能保證在運(yùn)行的一段時(shí)間內(nèi)雜質(zhì)將會(huì)不會(huì)繼續(xù)脫落，因?yàn)樵诂F(xiàn)場(chǎng)安裝后，但還有數(shù)十甚至上百次的傳輸調(diào)試操作，在雜質(zhì)是否繼續(xù)脫落應(yīng)該有影響。所以工廠工藝控制應(yīng)注意其他組件可能隱藏短時(shí)間內(nèi)不容易脫落的雜質(zhì)，如附著在復(fù)雜結(jié)構(gòu)之間的不容易去除的雜質(zhì)，這些應(yīng)該作為具體的研究對(duì)象進(jìn)行控制，實(shí)施必要和有效的控制措施。

4.3 安裝現(xiàn)場(chǎng)的清潔度控制

應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)場(chǎng)安裝的清潔度控制十分必要，否則將降低甚至失去工廠內(nèi)組裝時(shí)的清潔度控制的意義。現(xiàn)場(chǎng)除了濕度和大風(fēng)天氣粉塵控制，還應(yīng)注意防止蚊蠅等小動(dòng)物進(jìn)入罐體，尤其夏季經(jīng)常有成群的蒼蠅圍在罐體開口處，由于罐內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦這些小動(dòng)物飛入罐體內(nèi)是很難清理的，所以應(yīng)研究現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)的清潔度保持措施和工藝制度，如搭建帳篷或建立安裝小室，并建立進(jìn)出入的管理制度和其它管理措施。

5 結(jié)語(yǔ)

在設(shè)備運(yùn)輸中，對(duì)SF6分解檢測(cè)進(jìn)行綜合運(yùn)用，利用先進(jìn)的電氣檢測(cè)手段，如局部放電檢測(cè)，要十分關(guān)注對(duì)家族性缺陷的診斷和故障波記錄信息的分析，這是及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些潛在故障的重要途徑。

參考文獻(xiàn)

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