220kV GIS斷路器內(nèi)絕緣故障分析與處理

（廣州番電電力建設(shè)集團(tuán)有限公司,廣東 廣州 511400）

220kV GIS斷路器內(nèi)絕緣故障分析與處理

陳柱梁

（廣州番電電力建設(shè)集團(tuán)有限公司,廣東 廣州 511400）

高壓斷路器的絕緣問(wèn)題直接影響到斷路器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，尤其是內(nèi)絕緣件檢測(cè)難度大，常規(guī)檢修和測(cè)試不易發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)生絕緣故障，將造成設(shè)備損壞和系統(tǒng)故障，經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)影響巨大。本文通過(guò)實(shí)例闡述了北京某廠生產(chǎn)的220kV GIS斷路器消弧室內(nèi)絕緣故障的原因分析和處理方法。

斷路器；絕緣；閃絡(luò)；故障；鐵銹；噴口

1 概述

1.1 某變電站位于廣州市永和開發(fā)區(qū)。電氣安裝最終建設(shè)規(guī)模為4臺(tái)240MVA主變壓器。本期建設(shè)2臺(tái)240MVA主變壓器，同時(shí)裝設(shè)相應(yīng)容量的無(wú)功補(bǔ)償及其它附屬設(shè)備。220kV GIS最終出線8個(gè)間隔，其中本期出線2個(gè)GIS間隔；110kV最終出線14個(gè)GIS間隔，其中本期出線7個(gè)GIS間隔。本站投產(chǎn)后將成為永和開發(fā)區(qū)內(nèi)主要負(fù)荷點(diǎn)，在電網(wǎng)中也占有重要的位置，起到聯(lián)絡(luò)增城站于科城站作用，一旦該變電站發(fā)生故障，將對(duì)永和開發(fā)區(qū)乃至科學(xué)城電網(wǎng)造成巨大影響。

1.2 220kV某變電站共安裝9臺(tái)220kV電壓等級(jí)的斷路器，其中#2額定電流 3150A、額定開斷電流 50kA，于2011年安裝，準(zhǔn)備年底投產(chǎn)。

1.3 220kV GIS設(shè)備安裝完成后，為全面掌握斷路器的狀況，業(yè)主委托技術(shù)公司在2012年01 月06日對(duì)即將投產(chǎn)的斷路器進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)，在對(duì)B3間隔（#3主變）A相斷口進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)試驗(yàn)電壓升至 310kV 時(shí)，斷路器內(nèi)部出現(xiàn)放電。技術(shù)公司當(dāng)即組織有關(guān)人員進(jìn)行排查處理，再次進(jìn)行耐壓試驗(yàn)通過(guò)。隨后下午時(shí)間14時(shí)30分接上級(jí)通知:將B3間隔（#3主變）A相斷口再次進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)通過(guò)。2012年01月16日該站啟動(dòng)，進(jìn)行到對(duì)#3主變充電第3次時(shí)，時(shí)間約下午17時(shí)55分，B3間隔開關(guān)跳閘，后臺(tái)監(jiān)測(cè)B3間隔B相有24500A的短路電流，當(dāng)晚技術(shù)公司與試研所絕緣測(cè)試結(jié)果未見(jiàn)異常。

1.4 為接受此次事故教訓(xùn)，全面掌握某廠的高壓斷路器內(nèi)部狀況，防止存在類似斷路器的缺陷，在再次投產(chǎn)前，業(yè)主決定對(duì)斷路器進(jìn)行解體檢查。解體前制定了帶有針對(duì)性的 220kV GIS高壓斷路器解體檢修方案，2012 年 01月17日早，在對(duì)其B相解體檢修工作中，B相GCB 內(nèi)部有大量白色粉末產(chǎn)生,有臭雞蛋氣味,有黑色芝麻大小顆粒異物，初步檢查未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，現(xiàn)場(chǎng)人員立即查找原因收集采樣，并及時(shí)安排對(duì)其余 8臺(tái)斷路器制定檢查計(jì)劃。

2 斷路器解體檢查工藝介紹及內(nèi)絕緣閃絡(luò)故障剖析

2.1 斷路器的基本結(jié)構(gòu)（不包括套管及機(jī)構(gòu)箱）

斷路器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。斷路器為三相分裝式，配用液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)，可進(jìn)行單極操作或由電氣連接實(shí)現(xiàn)三相聯(lián)動(dòng)。每相由消弧室、GCB殼體、液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。每相的殼體一端有端蓋，打開后用來(lái)裝配單斷口組件以及檢查斷口上的弧觸頭和噴口，端蓋上裝有吸附劑。滅弧室結(jié)構(gòu)通過(guò)絕緣支持臺(tái)固定在殼體內(nèi)，通過(guò)絕緣操動(dòng)桿與液壓操作機(jī)構(gòu)相連。滅弧室有靜觸頭組立和動(dòng)觸頭組立兩大部分組成。靜觸頭組立包括：法蘭、絕緣臺(tái)、靜觸座、靜弧觸座、靜弧觸頭、靜主觸頭、屏蔽罩。動(dòng)觸頭組立包括：絕緣支撐筒、絕緣桿、動(dòng)觸座、活塞桿、活塞、中間觸頭、壓氣缸、氣缸座、動(dòng)主觸頭、動(dòng)弧觸頭、噴口。

解體斷路器(GCB) :

拆除 GCB 短直線和端頭→拆除內(nèi)部連接導(dǎo)體（含滅弧室上部導(dǎo)電支持臺(tái)）

→拆除

圖1

GCB 上部單相絕緣子→將曲軸箱緩沖器和防塵板拆下→拆除主軸，將GCB 立裝于工裝車上,將GCB殼體拆除→GCB解體完畢

解體滅弧室 :

拆除滅弧室極間絕緣筒→拆除滅弧室下部導(dǎo)電支持臺(tái)→將圓柱銷用榔頭敲出（破壞性的）拔出操作桿、活塞、缸筒組立

第一步：拆除短直線筒,端蓋和 2 只絕緣子連接導(dǎo)體及絕緣子

第二步：將曲軸箱緩沖器和防塵板拆下,將 GCB 殼體拆除

第三步：拆除靜觸頭組立，曲軸箱和絕緣支持臺(tái)

第四步：拆除極間絕緣筒

第五步：拆除下部導(dǎo)電筒,絕緣拉桿，噴口.

第六步：得到動(dòng)觸頭組立

2.2 短路器解體檢查工藝流程

在咨詢廠家技術(shù)人員的基礎(chǔ)上，斷路器解體檢查前首先制定了保障安全的安全措施、組織措施及技術(shù)措施，并且確定了短路器重點(diǎn)檢查范圍：套管梅花觸頭有無(wú)過(guò)熱、動(dòng)靜弧觸頭有無(wú)燒傷、主觸頭表面金屬層有無(wú)脫落、絕緣支持筒內(nèi)部絕緣有無(wú)缺陷。

2.2.1. 斷路器外部解體

解體過(guò)程及現(xiàn)象：

解體前進(jìn)行了絕緣電阻測(cè)試（因斷路器在分閘狀態(tài)未進(jìn)行主回路電阻測(cè)試）使用 2500V 搖表對(duì)斷口前后分別進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果∞大（合格）。

第一步解體后現(xiàn)象:容器內(nèi)有大量白色粉末,附著于筒內(nèi)壁和部件之上。

第二步解體后現(xiàn)象:曲軸箱內(nèi)有極少量白色粉末，絕緣擋板未變色，無(wú)機(jī)械變形，無(wú)脫落零部件。極間絕緣筒內(nèi)壁有閃絡(luò)現(xiàn)象，下部導(dǎo)電筒在運(yùn)行狀態(tài)的下側(cè)有放電燒蝕現(xiàn)象。斷路器外殼與導(dǎo)電支持臺(tái)相對(duì)位置有明顯放電燒蝕痕跡四周有放射狀噴濺的黑點(diǎn)。無(wú)脫落零部件。

第三步解體后現(xiàn)象:絕緣支持臺(tái)正常無(wú)閃絡(luò)痕跡無(wú)變形。固定電弧弧接觸子正常，固定主接觸子觸指中 4 片有劃傷現(xiàn)象。

第四步解體后現(xiàn)象:極間絕緣筒外部覆蓋白色粉末，其內(nèi)側(cè)運(yùn)行位置時(shí)靠大地側(cè)有明顯爬電痕跡，其余部位正常。滑動(dòng)接觸子臺(tái)外側(cè)有熏黑現(xiàn)象，無(wú)變形。

第五步解體后現(xiàn)象:絕緣操作桿表面干凈無(wú)閃絡(luò)痕跡，無(wú)機(jī)械變形.噴嘴內(nèi)側(cè)有一條明顯灰色痕跡，其余部分無(wú)變形，無(wú)損傷，可動(dòng)主接觸子與固定主接觸子觸指插接部位有對(duì)應(yīng)的劃傷現(xiàn)象，可動(dòng)電弧接觸子正常。

2.2.2. 斷路器內(nèi)部解體檢查

第一步檢查動(dòng)靜弧觸頭及主觸頭有無(wú)燒傷；檢查主觸頭部分金屬層有無(wú)脫落現(xiàn)象，將觸頭表面用無(wú)水乙醇擦拭干凈。

第二步拆下動(dòng)側(cè)部分壓氣缸，檢查活塞有無(wú)磨損及是否有卡澀現(xiàn)象，將壓氣缸活動(dòng)部分擦拭干凈并涂抹真空潤(rùn)滑硅脂。

第三步檢查套管梅花觸指有無(wú)過(guò)熱，彈簧有無(wú)折斷現(xiàn)象。

第四步檢查絕緣筒絕緣表面有無(wú)放電爬電現(xiàn)象，如有放電爬電現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換處理。

第五步檢查罐體內(nèi)部觸頭正下方有無(wú)金屬粉末，正常情況觸頭正下方都有少量金屬粉末，這是由于國(guó)產(chǎn)觸頭材質(zhì)工藝造成，如有大量金屬粉末應(yīng)分析原因。

2.2.3. 斷路解體檢查后回裝及注意問(wèn)題：斷路器解體檢查后回裝順序應(yīng)與解體時(shí)反順序進(jìn)行，有以下幾個(gè)問(wèn)題要引起注意。

（1）各部接合面在斷路器安裝時(shí)由于防漏防水要求都涂有密封膠，在各部件安裝時(shí)一定要將原密封膠清除干凈后重新涂抹密封膠再進(jìn)行回裝，清除密封膠時(shí)注意一定不要用鐵質(zhì) 器械，以防將密封接合面劃傷引起 SF6 氣體泄漏。

（2）在安裝靜側(cè)觸頭部分時(shí)，連接螺絲先不要緊固，吊車也不能松勁，檢查靜弧觸頭正對(duì)動(dòng)弧 觸頭中心時(shí)才能緊固連接螺絲，如中心偏離比較多依靠調(diào)解靜弧觸頭不能保證正對(duì)中心，從而導(dǎo)致斷路器合閘過(guò)程中發(fā)生合閘彈跳。

（3）在對(duì)斷路器整體抽真空是要保證本體內(nèi)部壓力低于 133Pa 后保持3小時(shí)，以保證沖入 SF6 后微水達(dá)到最小，規(guī)程規(guī)定斷路器 SF6 微水大修后不能大于150PPm，如果真空保持時(shí)間達(dá)到三小時(shí)，可將微水控制在 50PPm 以下。在往本體沖入 SF6 時(shí)要先將管路抽真空以保證本體 SF6 純度，純度和微水是檢驗(yàn) SF6電氣性能的重要指標(biāo)。

四、回裝完畢后斷路器按照出廠標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整體機(jī)械特性試驗(yàn)及耐壓試驗(yàn)。

2.3 對(duì)斷路器 B 相內(nèi)部解體檢查發(fā)現(xiàn)重大缺陷

2.3.1 在對(duì)斷路器動(dòng)側(cè)絕緣筒內(nèi)部檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，絕緣筒內(nèi)部有嚴(yán)重的爬電現(xiàn)象，并形成了一條貫通性通道。

2.3.2 在拆下絕緣筒后在絕緣筒法蘭口處發(fā)現(xiàn)鐵銹，在法蘭連接螺絲孔中同樣有鐵銹。

2.4 絕緣筒損傷原因及處理方案

絕緣筒內(nèi)部爬電損傷原因：發(fā)現(xiàn)絕緣筒內(nèi)部爬電損傷后，局生產(chǎn)技術(shù)部立刻組織對(duì)另外兩相進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)斷路器機(jī)構(gòu)側(cè)支持絕緣筒內(nèi)下部有鐵器銹蝕金屬粉末現(xiàn)象。一旦絕緣筒在高壓下被擊穿，斷路器將發(fā)生接地短路事故，變電站母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，與此斷路器相連母線的所有機(jī)組及外線將會(huì)全部斷開，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致全站停電而直接影響到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。面對(duì)如此嚴(yán)重的設(shè)備缺陷，局生產(chǎn)技術(shù)部一方面組織仔細(xì)查找原因，另一方面聯(lián)系斷路器廠家到廠進(jìn)行分析處理，并將此情況上報(bào)有關(guān)部門。經(jīng)過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)各部件的認(rèn)真拆解檢查，發(fā)現(xiàn)斷路器機(jī)構(gòu)直動(dòng)密封桿中空部分有鐵銹，經(jīng)局領(lǐng)導(dǎo)、電科院專家、廠家相關(guān)技術(shù)人員認(rèn)真分析確定了此次設(shè)備缺陷原因：

（1）斷路器內(nèi)部鐵銹在斷路器安裝運(yùn)行后生成的可能性幾乎沒(méi)有， 因?yàn)樵跀嗦菲鲀?nèi)部沖入的是高純度 SF6，沒(méi)有鐵銹生成的必要條件即氧氣，斷路器中SF6微水含量非常低，在微水檢測(cè)中，此斷路器微水含量最大不超過(guò) 50PPm，因此斷路器內(nèi)部不具備鐵銹生成條件，鐵銹是在斷路器安裝運(yùn)行前已經(jīng)生成的，此分析結(jié)果得到廠家技術(shù)人員認(rèn)可。

（2）斷路器動(dòng)側(cè)絕緣筒連接法蘭螺絲孔中鐵銹，是由于在安裝前沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行安裝工藝， 認(rèn)真檢查螺絲孔導(dǎo)致內(nèi)部鐵銹沒(méi)有及時(shí)清理，但此鐵銹由于安裝后螺絲緊固被封住，鐵銹進(jìn)入斷路器本體內(nèi)部幾率非常小。

（3）斷路器動(dòng)側(cè)直動(dòng)密封桿由于是外協(xié)廠加工，加工后沒(méi)有作防腐處理，在倉(cāng)庫(kù)中保管時(shí)直動(dòng)密封桿中空部分氧化腐蝕生銹，斷路器在廠家安裝過(guò)程中，沒(méi)有認(rèn)真執(zhí)行安裝工藝檢查直動(dòng)密封桿中空部分。斷路器在試驗(yàn)及運(yùn)行分合操作過(guò)程中，直動(dòng)密封桿中空部分鐵銹由于振動(dòng)和慣性進(jìn)入絕緣筒，是導(dǎo)致絕緣筒內(nèi)下部沿面放電的主要原因，分析結(jié)果得到廠家技術(shù)人員認(rèn)可。此次斷路器解體確定了斷路器絕緣筒發(fā)生爬電缺陷的主要原因，斷路器直動(dòng)密封桿中空部分有鐵銹是造成絕緣筒爬電的主要原因。

結(jié)語(yǔ)

本次事故及時(shí)發(fā)現(xiàn)了斷路器內(nèi)部絕緣故障，分析清楚了事故原因，避免了220kV 系統(tǒng)母線接地造成的設(shè)備損害和大系統(tǒng)停電事故，同時(shí)為確保斷路器安全穩(wěn)定運(yùn)行，也提出了一個(gè)值得生產(chǎn)廠家和使用單位思考的問(wèn)題，廠家如何樹立細(xì)節(jié)決定成敗的理念，控制斷路器質(zhì)量；用戶如何根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定合理的檢修周期，而不要一味的機(jī)械遵循廠家的說(shuō)明書。

[1]楊俊鋒．一起GIS斷路器控制回路故障的分析與處理[J]．高壓電器,2009(06)．

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