一起110kV組合電器隔離開關傳動扭桿故障分析

國網天津市電力公司電力科學研究院 曹 夢 何 金 陳 榮 邢向上 朱旭亮

隨著經濟的不斷發展，社會對電力能源的要求越來越高，促使電力系統的電壓等級和容量也隨著增加，土地資源和建設經濟性等原因使得敞開式設備已經不適應現在電力系統的發展。組合電器由于其結構緊湊、占地面積小、少維護性等優點，在現場的使用逐年增加。但是由于目前組合電器生產廠家眾多，生產工藝良莠不齊，尤其是絕緣件等關鍵組部件工藝控制不良，導致現場故障時有發生，為現場運維帶來了極大的困擾，也造成了嚴重的經濟損失和社會影響。因此現場急需掌握各類組合電器故障原因并制定提升措施，以督促廠家提升產品質量，保障現場運行可靠性。

本文通過對現場一起110kV 組合電器隔離開關傳動扭桿引發的故障進行分析，詳細闡述故障過程以及故障原因，最后針對性提出改進措施。本文結論對分析相似故障具有重要的借鑒意義。

1 故障排查及原因

2021年03月02日10時33分，110kV A 變電站114斷路器跳閘，相間距離II 段保護動作，后重合失敗。運維人員檢查114線路及對側110kV B 變電站，均未發現明顯異常。12時37分試送A 站114斷路器，線路送電正常，后合上B 變電站113斷路器，A 站114斷路器距離保護再次動作跳閘，判斷故障點位于B 變電站110kV-43母線組合電器。運維人員再次檢查B 變電站110kV-43母線組合電器，發現4-93隔離開關氣室表面溫度明顯升高，初步判斷故障點在于此氣室。

1.1 現場解體情況

對110kV A 變電站4-93隔離開關氣室開展檢修工作，更換4-93PT、4-93隔離開關氣室，交接試驗合格后設備投運正常。同時對4-93隔離開關氣室進行現場解體，發現B、C 相間傳動扭桿（材質為環氧樹脂）發生貫穿性放電，傳動扭桿破損，合閘狀態下扭桿破損面對側筒壁存在嚴重燒蝕痕跡，解體圖如圖3所示。

1.2 廠內解體見證

對4-93隔離開關氣室進行解體見證并分析故障原因，具體情況如下：

圖1 隔離開關解體圖

對三工位傳動輸出軸扭力值進行測試，隔離側合閘為40N.m，接地側合閘為45N.m，測試結果如圖2所示，滿足廠家設計值＜100N.m 的要求，試驗合格。

圖2 隔離側合閘（左）和接地側合閘（右）扭力值測試

拆解三工位側面蓋板，發現三相可動側導體與盆子連接部位、殼體內壁均存在明顯燒蝕痕跡，B、C 相間傳動扭桿有貫穿性缺口，隔離開關合閘狀態下，傳動扭桿缺口面正對上述燒蝕位置，其余兩根傳動扭桿表面有電弧濺射痕跡，具體情況如圖3、圖4所示。由于沿面放電幾乎無法造成如此明顯的貫穿性缺口，因此推斷B、C 相間傳動扭桿貫穿性缺口為扭桿本身存在內部氣隙，在長時間電壓作用下劣化故障所導致；或由于扭桿存在機械應力缺陷，在長期電動力作用下產生內部氣隙，而后在電壓作用下氣隙劣化所致。

圖3 可動側導體連接面（左）和殼體內壁（右）燒灼痕跡

圖4 傳動扭桿情況（從左到右分別為B 相與傳動杠之間的扭桿、BC 相間扭桿以及CA 相間扭桿）

對三工位可動側盆子進行拆解，發現盆子表面有大面積燒灼痕跡并附著部分故障分解物，同時發現A 相中心嵌件導體位置有兩道明顯對地放電痕跡，對兩道放電痕跡進行清潔、打磨，發現為電弧燒灼痕跡、并非裂紋，判斷A 相對地短路點處于該位置，具體情況如圖5所示。

對無缺口兩根傳動扭桿進行尺寸檢測，符合設計要求，然后對三根傳動扭桿進行X 射線檢測，未發現異常，如圖6所示，同時查詢三個傳動扭桿出廠報告，出廠報告合格。

圖6 X 射線檢測（從左到右分別為B 相與傳動杠之間的扭桿、BC 相間扭桿以及CA 相間扭桿）

對無缺口兩根傳動扭桿進行表面清潔處理后開展電氣性能試驗，工頻耐壓：275kV（5min），局放值＜2pC，合格；局放試驗：174kV（1min），局放值＜2pC，合格。

圖7 耐壓（左）、局放（右）試驗

綜合以上情況進行分析，本次變電站故障原因為：B、C 相間傳動扭桿（外采購件）內部存在微小氣隙缺陷或機械應力缺陷，出廠試驗（絕緣件局放、耐壓、X 光試驗，整機出廠局放、耐壓試驗）未被發現，同時現場交接局放、耐壓試驗合格，但是在投運后長時間帶電和電動力作用下，內部缺陷劣化導致B、C 相間短路，電弧噴射燒蝕內部元器件，分解物分布在氣室空間內，部分附著在盆子上，最終通過可動側盆子A 相中心嵌件導體位置附近沿面對地放電，引發三相短路故障接地。

2 后續措施建議

由于絕緣件內部氣隙缺陷，超聲波局放檢測不靈敏，建議針對目前在運變電站同批次的110kV 組合電器加強特高頻局放檢測；絕緣件作為GIS 設備重要部件之一，后續應加強對其監督，嚴格按照《十八項電網重大反事故措施》要求，逐支進行GIS 生產廠家的局放、耐壓、X 射線試驗見證；目前常規試驗手段對絕緣件潛伏性缺陷（如內部微小氣隙、應力損傷等）效果較差，在出廠、交接試驗均合格的情況下投運后時常發生缺陷或故障，建議進行新技術研究或引進，提高絕緣件缺陷檢出率。