110 kV GIS設(shè)備故障原因分析

韓玉停

(馬鞍山供電公司，安徽 馬鞍山 243002)

1 故障經(jīng)過

2010-11-27，某220 kV變電站110 kV II段母線母差動(dòng)作，110 kV II段母線失電。經(jīng)設(shè)備外觀檢查，110 kV II段母線側(cè)隔離開關(guān)氣體密度繼電器壓力值正常。通過SF6氣體分解產(chǎn)物測試儀對故障氣體進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)8882隔離開關(guān)氣室SO2含量超過 100 μL/L，H2S 含量為 0.8 μL/L(由于此儀器在SO2含量超量程時(shí)會(huì)引起“中毒”，所以當(dāng)遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到100 μL/L時(shí)，停止了檢測)。通過隔離開關(guān)觀察窗發(fā)現(xiàn)，110 kV 8882隔離開關(guān)C相窗口處有白色粉末狀固體物，疑似故障過程中SF6與絕緣有機(jī)材料在閃絡(luò)的高溫作用下反應(yīng)生成的產(chǎn)物；其他與110 kV II段母線相關(guān)的氣室未見異常。

通過上述檢查并結(jié)合保護(hù)記錄信息，初步判斷8882隔離開關(guān)C相氣室內(nèi)部存在故障。因此，對該間隔設(shè)備停電檢修。

2 原因分析

用SF6氣體分解產(chǎn)物測試儀對8882隔離開關(guān)氣室氣體進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示SO2含量超過100 μL/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過《安徽省電網(wǎng)電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的SO2≤10 μL/L的標(biāo)準(zhǔn)，故判斷該氣室為故障氣室。

解體前首先對故障設(shè)備C相進(jìn)行SF6色譜分析，檢查數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1可知，SF6含量低于電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T941—2005《運(yùn)行中變壓器用六氟化硫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的99.7 %，AIR，CF4及SO2濃度有明顯的增加。

將隔離開關(guān)故障氣室返廠解體檢查發(fā)現(xiàn)：8882隔離開關(guān)C相盆子上部約有1/2扇面的電弧燒灼痕跡(見圖1b)；同批次設(shè)備8882 A相、8882 B相盆子密封圈內(nèi)、外兩側(cè)均涂有較多硅脂，且部分硅脂已發(fā)生融化；盆子表面上部有硅脂流過的痕跡，且部分硅脂已發(fā)生融化，并流向絕緣子外側(cè)(見圖1a)。另外對故障盆子進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，結(jié)果正常，排除了盆子本身的質(zhì)量問題。

表1 色譜分析表

通過試驗(yàn)分析判斷，確定8882隔離開關(guān)放電現(xiàn)象是由于硅脂使用過量，改變了設(shè)備內(nèi)部的電場強(qiáng)度，電場強(qiáng)度的改變極大地降低了電氣設(shè)備的閃絡(luò)電壓，從而發(fā)生沿邊閃污。一般情況下，放電總是發(fā)生在固體介質(zhì)表面，而且沿固體表面的閃絡(luò)電壓比純空氣間隙的擊穿電壓要低得多，其原因有以下3點(diǎn)。

(1) 固體介質(zhì)表面會(huì)吸附氣體中的水分形成水膜，介質(zhì)吸附水分的能力與自身結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此介質(zhì)的表面電導(dǎo)能力也是介質(zhì)本身固有的性質(zhì)。

(2) 介質(zhì)表面電阻不均勻以及介質(zhì)表面有傷痕和裂紋也會(huì)使電場的分布畸變，閃絡(luò)電壓降低。

(3) 若電極和固體介質(zhì)端面間存在氣隙，氣隙處場強(qiáng)大，極易發(fā)生電離。而產(chǎn)生的帶電質(zhì)點(diǎn)到達(dá)介質(zhì)表面，會(huì)使原電場分布畸變，從而降低閃絡(luò)電壓。在電場作用下，固體介質(zhì)的擊穿可能因電過程(電擊穿)、熱過程(熱擊穿)、電化學(xué)過程(電化學(xué)擊穿)而引起。固體介質(zhì)擊穿后，會(huì)在擊穿路徑上留下放電痕跡，如燒穿或融化的通道以及裂縫等，從而永遠(yuǎn)喪失其絕緣性能，為非自恢復(fù)絕緣。這次事故中GIS設(shè)備使用的密封材料為硅脂，其短時(shí)電氣強(qiáng)度高，但在工作電壓的長期作用下，會(huì)發(fā)生電離、老化，從而使其電氣強(qiáng)度大幅度下降。因此對于這類絕緣材料或絕緣結(jié)構(gòu)，不僅要注意其短時(shí)耐電特性，而且要重視它們在長期工作電壓下的耐電性能。

3 防范措施

電氣設(shè)備的質(zhì)量保證要從各個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)監(jiān)管，具體可分為以下5點(diǎn)。

(1) 盡量消除電極邊緣效應(yīng)的影響以顯著改善電場分布，即改變電器設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀可提高氣隙的擊穿電壓，因此電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要。

(2) 在氣隙中放置形狀和位置合適、能阻擋帶電粒子運(yùn)動(dòng)和調(diào)整空間電荷分布的屏蔽，可明顯提高氣隙擊穿電壓，因此對設(shè)備內(nèi)部絕緣材料的要求非常高。

(3) 加強(qiáng)安裝、調(diào)試過程的質(zhì)量管理。施工單位必須按照有關(guān)規(guī)程、技術(shù)規(guī)范的要求制訂設(shè)備裝置的調(diào)試項(xiàng)目，并逐一實(shí)施，做好調(diào)試記錄。

(4) 認(rèn)真履行竣工驗(yàn)收手續(xù)，嚴(yán)格把關(guān)。為防止驗(yàn)收時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)漏項(xiàng)，應(yīng)根據(jù)不同設(shè)備的技術(shù)運(yùn)行要求，分別制訂驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)或細(xì)則，從檢查竣工圖紙資料、試驗(yàn)結(jié)果、安裝質(zhì)量等方面提出明確的要求，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并糾正，把隱患消滅在萌芽狀態(tài)。

(5) 設(shè)立設(shè)備定期檢驗(yàn)制度。設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)管理部門應(yīng)按照檢驗(yàn)條例的要求對各個(gè)氣室建立設(shè)備檔案，制訂定期檢驗(yàn)時(shí)間表及檢驗(yàn)項(xiàng)目，并對異常的設(shè)備作跟蹤監(jiān)測，以確定設(shè)備是否滿足運(yùn)行條件的要求。

4 結(jié)束語

隨著電網(wǎng)建設(shè)的加快、電壓等級的提高，尤其是超高壓技術(shù)的發(fā)展，對電氣設(shè)備的要求也越來越高。通過本次設(shè)備故障處理表明，應(yīng)該更加重視電氣設(shè)備制造工藝中的每個(gè)環(huán)節(jié)，對新材料、新設(shè)計(jì)提出更高要求，同時(shí)加強(qiáng)設(shè)備監(jiān)造、安裝和運(yùn)行維護(hù)全方位管理，才能確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。