御道口550 kV HGIS斷路器絕緣故障原因研究

張雪巖 李永剛 閆利欽

（國(guó)網(wǎng)張家口供電公司，河北張家口075000）

0 引言

作為滅弧和開斷線路的裝置，高壓斷路器肩負(fù)著控制和保護(hù)雙重任務(wù)，其電氣動(dòng)作也最為頻繁[1]。因此，高壓斷路器性能優(yōu)劣、工作是否可靠是決定電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素[2]。但由于受設(shè)計(jì)生產(chǎn)、運(yùn)行工況等因素的影響，斷路器在系統(tǒng)中發(fā)生故障的概率較大[3-5]。本文對(duì)御道口550 kV HGIS斷路器絕緣故障原因進(jìn)行了分析，可為相關(guān)人士提供案例參考，以期加強(qiáng)斷路器故障診斷，提前發(fā)現(xiàn)潛在故障。

1 事故發(fā)生現(xiàn)象和基本情況

御道口550 kV HGIS斷路器共3串6個(gè)間隔，故障位置如圖1所示，9月22日在送電過(guò)程中第4串CB41 B相氣室出現(xiàn)絕緣故障。

圖1 斷路器故障位置

該站現(xiàn)場(chǎng)安裝一次完成后，對(duì)設(shè)備按出廠耐壓值的90%進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)，在線超聲波檢測(cè)局放，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常。對(duì)變壓器進(jìn)行沖擊帶電試驗(yàn)，CB41兩側(cè)DS一直處于合閘狀態(tài)；第一次合CB41，大約10 min后斷開；相隔30 min第二次合CB41，16 s后母差保護(hù)動(dòng)作，1M上所有斷路器跳閘，1M停電。

2 設(shè)備返廠解體檢查情況

將放電斷路器所在間隔返廠解體檢修，發(fā)現(xiàn)蓋板內(nèi)部表面有黑色積炭粉塵，有明顯的放電痕跡，表面積炭嚴(yán)重，絕緣拉桿炸裂成兩段，拆出炸裂拉桿上段，拉桿從絕緣件與金屬件連接部位炸裂，金屬接頭表面熏黑，絕緣部分?jǐn)嗔?。局部炸裂情況如圖2所示，其中圖2（a）為炸斷后拉桿上段，1為拉桿接頭部位，端部與絕緣桿連接；2為拉桿金屬部位，朝向滅弧室側(cè)。

3 故障原因初步分析

從解體檢查情況初步確定本次絕緣故障為絕緣拉桿發(fā)生沿面放電，在熱效應(yīng)影響下炸裂，繼而母差保護(hù)動(dòng)作斷路器跳閘。接下來(lái)綜合考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)、裝配質(zhì)量、絕緣拉桿制造過(guò)程等方面，分析絕緣拉桿沿面放電的原因。

圖2 拉桿炸斷及局部燒蝕圖

3.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)分析

御道口站550 kV HGIS設(shè)備于20世紀(jì)80年代引進(jìn)日本三菱技術(shù)，之后增設(shè)粒子捕捉器、加大罐體直徑，優(yōu)化了電場(chǎng)，增大了絕緣裕度。因此，可排除結(jié)構(gòu)方面的原因。

3.2 設(shè)備裝配質(zhì)量分析

如果裝配不當(dāng)造成卡塞，斷路器分合閘過(guò)程中會(huì)使絕緣拉桿出現(xiàn)微裂紋，導(dǎo)致絕緣拉桿表面電場(chǎng)畸變。但從拆除的零部件分析：拉桿金屬部分整個(gè)圓面摩擦痕跡均勻，未發(fā)現(xiàn)局部壓痕，所以傳動(dòng)部分不存在卡塞。從生產(chǎn)過(guò)程分析：斷路器在廠內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)都完成了機(jī)械試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格。通過(guò)以上分析，可排除裝配問(wèn)題。

3.3 絕緣拉桿制造過(guò)程分析

該絕緣拉桿結(jié)構(gòu)為玻璃浸膠管型，生產(chǎn)過(guò)程為玻璃布層層纏繞，然后浸膠。應(yīng)是絕緣拉桿在纏繞過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致層間存在氣孔這一缺陷。絕緣拉桿浸膠后，從外表面無(wú)法發(fā)現(xiàn)此缺陷，如果缺陷在層間且靠近內(nèi)表面，耐壓局放也可正常通過(guò)。但是當(dāng)絕緣拉桿中有氣泡存在時(shí)，原來(lái)的電場(chǎng)分布會(huì)發(fā)生畸變，大大降低放電的擊穿電壓。

至此可推測(cè)故障發(fā)生過(guò)程：首先在內(nèi)部氣泡中放生局部放電，產(chǎn)生大量的高能粒子，在強(qiáng)電場(chǎng)作用下加速碰撞形成電子崩，導(dǎo)致介質(zhì)擊穿放電，當(dāng)缺陷劣化至絕緣拉桿外表面時(shí)，發(fā)生劇烈的沿面放電。過(guò)程中釋放大量熱量，介質(zhì)的溫度急劇上升，由于氣泡存在的位置不均使介質(zhì)溫度分布不均勻，從而導(dǎo)致絕緣拉桿斷裂。

4 結(jié)語(yǔ)

絕緣拉桿作為斷路器內(nèi)部的傳動(dòng)件和絕緣件，位于內(nèi)部高低電位之間，對(duì)其機(jī)械性能和絕緣性能要求極高，若其表面與層間存在氣孔，當(dāng)設(shè)備帶電時(shí)，絕緣拉桿靠近滅弧室高電位區(qū)的氣孔發(fā)生局部放電，隨著局部放電的持續(xù)，缺陷劣化至絕緣拉桿外表面，最終導(dǎo)致絕緣拉桿沿面放電。

結(jié)合該次故障原因分析，建議設(shè)備檢驗(yàn)及生產(chǎn)單位進(jìn)一步改善設(shè)備制造工藝，避免由于絕緣材料中氣泡的干擾降低絕緣強(qiáng)度；另外加強(qiáng)對(duì)絕緣拉桿內(nèi)部氣泡量的檢測(cè)，將該項(xiàng)作為檢測(cè)指標(biāo)，設(shè)備的耐壓局放測(cè)試要注意多點(diǎn)測(cè)試，不可以點(diǎn)代面，以偏概全。