220kV某變電站電壓互感器B相閃絡(luò)故障分析

郜磊

摘要：GIS設(shè)備在變電站中有著較為廣泛的應(yīng)用，相比較傳統(tǒng)設(shè)備，GIS設(shè)備而的優(yōu)勢更加明顯，不容易受到外部環(huán)境因素的干擾，運行可靠性更高。本文以某變電站220kV GIS電壓互感器故障為例，對其進行了研究和分析，提出了相應(yīng)的防范措施，希望能夠為電力工作人員提供一些參考，避免同類故障的重復(fù)發(fā)生。

關(guān)鍵詞：變電站;220kV;GIS;電壓互感器;故障分析

1.故障描述

某變電站220kV母線采用的是GIS雙母雙分段結(jié)構(gòu)，Ⅱ母電壓互感器投運于2017年2月，5月3日出現(xiàn)了母差保護動作跳閘問題，之后系統(tǒng)顯示電壓互感器氣室SF6氣體的壓力有所下降，系統(tǒng)動作報警，對壓力傳感器進行觀察，低氣壓報警閥值在0.45MPa。在事故發(fā)生后，變電站工作人員運用紅外測溫技術(shù)對220kV GIS設(shè)備進行檢測，發(fā)現(xiàn)在Ⅱ母電壓互感器的B相位置，罐體底部防爆裝置泄露，SF6氣體壓力表數(shù)據(jù)顯示壓力為零，不過在其與位置都沒有檢測到氣體泄露問題。對三相罐體底部防爆裝置外觀進行檢查，可以明顯看到B相防爆裝置的防爆片脫落，裝置存在非常明顯的動作痕跡。因為該電壓互感器中的氣體已經(jīng)完全泄露，在氣室壓力為零的情況下，無法就氣體分解產(chǎn)物進行檢測，對其他氣室中SF6氣體的分解產(chǎn)物進行檢測后，并沒有能夠發(fā)現(xiàn)明顯異常[1]。

結(jié)合故障現(xiàn)場實際情況分析，之所以會出現(xiàn)母差保護動作跳閘，主要是在Ⅱ母電壓互感器的氣室中出現(xiàn)了短路問題，依照后臺故障報文的內(nèi)容分析，跳閘時間較低氣壓報警時間早1min，基本可以對故障現(xiàn)象產(chǎn)生的順序進行明確：電壓互感器氣室內(nèi)發(fā)生短路故障后，引發(fā)了母線的保護跳閘動作，然后短路故障導(dǎo)致了氣室內(nèi)氣壓瞬間升高，在超過罐體防爆裝置設(shè)定值后，防爆片脫落，氣體全部泄露后，氣室內(nèi)的壓力歸于零?？紤]到母線電壓互感器的三相氣室相互連通，共用一個氣體壓力表，單純依照現(xiàn)場的故障現(xiàn)象，并不能準確判斷故障的具體位置，需要進行更加深入的研究。

2.故障檢查

從故障檢查的角度，將電壓互感器返廠進行解體分析。技術(shù)人員在解體設(shè)備前，先對其外觀進行了檢查，發(fā)現(xiàn)B相位置的罐體底部防爆片脫落，可見白色放電粉末，其余兩相罐體至少從外觀上看不出異常。針對一次繞組進行相應(yīng)的導(dǎo)通試驗，發(fā)現(xiàn)B相電壓互感器高壓盆子導(dǎo)體無法實現(xiàn)與端子箱一次線圈末端N的有效導(dǎo)通，其余兩相無異常。針對二次繞組同樣進行導(dǎo)通試驗，發(fā)現(xiàn)三相都可以實現(xiàn)正常導(dǎo)通。吊罩解體，針對A相和C相的高壓引線、繞組線包、盆式絕緣子等進行全面檢查，都沒有發(fā)現(xiàn)明顯的放電痕跡，表明其不存在異常。B相吊罩解體后，可以看到在高壓繞組屏蔽罩、低壓屏蔽以及高壓繞組末端的接地引線端子等位置存在明顯的放電痕跡，甚至高壓屏蔽罩已經(jīng)出現(xiàn)了散列問題。

觀察一次線圈末端引出線一側(cè)，可以看到接地銅線的絕緣皮以及接地端子盤的引線都已經(jīng)出現(xiàn)燒損，部分區(qū)域外部絕緣皮脫落，接地銅皮燒損嚴重，出現(xiàn)了翹起和開裂的情況，另外一次的一次線圈沒有發(fā)現(xiàn)放電痕跡，盆式絕緣子也沒有放電，對罐體內(nèi)部進行檢查，僅是表面略有熏黑，無放電痕跡[2]。

3.故障原因

對事故進行分析，發(fā)生事故的GIS電壓互感器為JDQX-220kV，采用的是SF6氣體絕緣設(shè)計，一次繞組和二次繞組分別為高壓和低壓。在一次線圈中，結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的是寶塔形層式結(jié)構(gòu)，線圈被纏繞在圓柱形骨架上，選擇聚脂薄膜作為層間絕緣介質(zhì);二次繞組同樣纏繞在圓柱形骨架上，與一次繞組在同一個鐵芯芯柱上套裝，構(gòu)成了同軸結(jié)構(gòu)（見圖1）。一次繞組承擔(dān)了全部主絕緣，通過設(shè)置在電壓互感器罐體底部的壓力釋放裝置，能夠在檢測到壓力超標后及時減壓，避免出現(xiàn)安全事故。

纏繞在圓柱形環(huán)氧骨架上的一次線圈第一層是接地銅皮，銅皮上通過焊接的方式固定一次線圈末端引出線，外側(cè)則纏繞多層絕緣聚脂薄膜，然后才會開始塔形一次線圈的繞制。在線圈繞制完成后，需要在圓周外側(cè)安裝相應(yīng)的均壓屏蔽。

綜合故障現(xiàn)象以及設(shè)備解題狀況進行分析，判斷導(dǎo)致電壓互感器故障的主要原因可能是因為B相電壓互感器中以此繞組末端的接地引線焊接質(zhì)量不合格，存在有虛焊或者較小的錫焊尖端，在這種情況下，一旦電壓互感器通電投運后，缺陷位置就會出現(xiàn)放電現(xiàn)象，雖然放出的電流十分微弱，但是在這個過程中會產(chǎn)生一定熱量，導(dǎo)致聚脂薄膜的局部溫度持續(xù)升高，在超出材料承受極限后，接地銅皮外層包裹的聚脂薄膜逐漸破損、碳化。放電現(xiàn)象還會加快絕緣氣體的分解速度，產(chǎn)生CO、H2S、SO2等氣體，絕緣氣體的減少會導(dǎo)致空間絕緣強度的持續(xù)下降，而放電所引發(fā)的累積效應(yīng)也會進一步擴大絕緣缺陷。SF6絕緣氣體絕緣性能的下降最終會導(dǎo)致高壓對地擊穿放電問題，當故障電流足夠大時，接地引線就可能會被燒斷[3]。

一旦故障電流燒斷了接地引線，一次線圈將會出現(xiàn)高壓懸浮現(xiàn)象，高壓屏蔽順著線保邊緣會對接地銅皮放電，導(dǎo)致燒損，放電通道如圖2所示。

連續(xù)放電現(xiàn)象會造成SF6絕緣氣體被污染，氣體性能的改變又會導(dǎo)致后續(xù)的貫穿性放電。在同一側(cè)。高壓均壓屏蔽會對低壓屏蔽放電，當放電電流較大時，屏蔽會被燒穿，產(chǎn)生孔洞，低壓屏蔽還可能出現(xiàn)變形問題。放電現(xiàn)象引發(fā)的短路電流還可能將盆子與線圈首端的連接線燒斷，而一旦發(fā)生這種問題，盆子上存在的高壓導(dǎo)體會出現(xiàn)高壓懸浮，之后就像對下方線圈均壓屏蔽放電，最終引發(fā)系統(tǒng)保護跳閘。在這個過程中，放電會引起發(fā)熱現(xiàn)象，導(dǎo)致電壓互感器內(nèi)部氣體受熱膨脹，壓力會在短時間內(nèi)超出額定壓力2倍左右，為了保證設(shè)備運行安全，防爆裝置就會開始動作，將內(nèi)部壓力釋放。

4.故障防范

結(jié)合該故障的原因以及引發(fā)的影響進行分析，在變電站運行維護過程環(huán)節(jié)應(yīng)該做好相應(yīng)的防范工作，以避免同類故障的重復(fù)發(fā)生。具體來講，一是變電站運維人員應(yīng)該重視起來，針對110kV及以上電壓等級的GIS電壓互感器進行相應(yīng)的質(zhì)量管控，如果現(xiàn)場不具備開展勵磁特性試驗的挑戰(zhàn)，則需要從設(shè)備生產(chǎn)工藝流程著眼，做好相應(yīng)的管控以及出廠試驗，避免設(shè)備質(zhì)量問題對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行造成影響;二是應(yīng)該重視對于變電站中GIS設(shè)備的維護工作，嚴格執(zhí)行國家相關(guān)標準制定的狀態(tài)檢修周期，在開展例行試驗的過程中，需要提高對絕緣電阻和直流電阻的測量精度，以此來對電壓互感器一次二次繞組是否存在短路或者斷線問題進行準確判斷，實現(xiàn)對事故的有效預(yù)防;三是應(yīng)該重視GIS帶電檢測，如果母線或者母線連接出線間隔存在有操作工作，則在送電后，需要針對互感器開展相應(yīng)的特高頻局部放電或者紅外測溫、超聲波局部放電等帶電檢測工作，對設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測;四是應(yīng)該定期分析錄波器信息，結(jié)合互感器三相電壓、開口三角形電壓等，對設(shè)備的運行情況進行判斷，看其是否處在異常波動，尤其需要關(guān)注針對母線的各種操作，配合帶電檢測來分析電壓會干起內(nèi)部是否存在放電或者發(fā)熱的問題[4]。

5.結(jié)語

總而言之，變電站在電力系統(tǒng)運行中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，而GIS設(shè)備本身所具備的優(yōu)點使得其在越來越多的變電站中得到了應(yīng)用，想要充分發(fā)揮GIS設(shè)備的優(yōu)勢，就必須確保其穩(wěn)定可靠運行。技術(shù)人員需要對變電站運行中存在的GIS設(shè)備故障進行分析，找出故障的誘發(fā)因素，采取有效的處理和防范措施，避免同類故障的重復(fù)發(fā)生，才能切實保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1] ?徐輝.110kV變電站電壓互感器常見故障與處理對策[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2018，（19）：30-31.

[2] ?張凱，王繼娟，彭鵬，郭光焰，馬振祺.某330kV變電站電壓互感器故障分析[J].電工技術(shù)，2018，（19）：92-93+95.

[3] ?韓晉思，劉衛(wèi)明，張明明，楊朋威，王達.220kV變電站電容式電壓互感器故障分析[J].水電能源科學(xué)，2018，36，（08）：175-176，213.

[4] ?李佳，羅浪，陳洲，姚佶，孫銘聰.220kV GIS電壓互感器貫穿性接地故障分析及防范措施研究[J].湖北電力，2018，42（02）：10-13.

（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司檢修公司）