500 kV主變高壓套管末屏放電事故分析與處理

張慧慧

(內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司 包頭供電局，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

0 引 言

在內(nèi)蒙古西部地區(qū)，交流特高壓輸電系統(tǒng)的核心電壓等級(jí)為500 kV，截至目前，內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)在運(yùn)500 kV變電站有30座(不含發(fā)電廠升壓站)。500 kV主變是內(nèi)蒙古西部地區(qū)500 kV系統(tǒng)與220 kV系統(tǒng)電磁聯(lián)絡(luò)的橋梁，因此內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)內(nèi)500 kV主變的安全可靠運(yùn)行直接影響了該地區(qū)500 kV系統(tǒng)與220 kV系統(tǒng)之間的潮流情況，兩者之間的潮流控制不當(dāng)將直接威脅到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

截至目前，內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)在運(yùn)500 kV主變225臺(tái)，2019年上半年因主變附件或本體故障導(dǎo)致500 kV主變被迫停運(yùn)6臺(tái)次，被迫停運(yùn)率2.67%。其中因分接開(kāi)關(guān)內(nèi)滲導(dǎo)致被迫停運(yùn)3臺(tái)次，因500 kV側(cè)套管末屏對(duì)套管法蘭懸浮放電導(dǎo)致被迫停運(yùn)3臺(tái)次。文章介紹了內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)某500 kV變電站3號(hào)主變C相高壓套管末屏對(duì)套管法蘭懸浮電位放電導(dǎo)致的主變被迫停運(yùn)事故，從事故簡(jiǎn)介、停電檢查情況、故障原因分析、故障處理情況4方面對(duì)事故進(jìn)行了全面介紹，為網(wǎng)內(nèi)處理類似故障提供一定的參考經(jīng)驗(yàn)。

1 事故簡(jiǎn)介

2019年6月28日9時(shí)23分，內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)某500 kV變電站3號(hào)主變C相發(fā)生高壓套管末屏對(duì)套管法蘭放電事故，導(dǎo)致3號(hào)主變被迫停運(yùn)。

事故發(fā)生前，天降小雨，環(huán)境溫度21 ℃，站內(nèi)沒(méi)有任何操作，站內(nèi)運(yùn)行設(shè)備均未發(fā)現(xiàn)異常。站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行方式為：500 kV 1號(hào)母線和2號(hào)母線并列運(yùn)行，500 kV 1、2、3、4號(hào)主變500 kV側(cè)并聯(lián)運(yùn)行，其中2、3號(hào)主變500 kV側(cè)分別接到第一串和第三串，1、4號(hào)主變分別與500 kV 1號(hào)母線和2號(hào)母線連接；220 kV系統(tǒng)為雙母線雙分段，正常運(yùn)行方式為1、2號(hào)主變220 kV側(cè)接至220 kV 1號(hào)母線和2號(hào)母線，3、4號(hào)主變220 kV側(cè)接至220 kV 3號(hào)母線和4號(hào)母線，220 kV 1號(hào)母線和2號(hào)母線并列運(yùn)行，220 kV 3號(hào)母線和4號(hào)母線并列運(yùn)行；35 kV系統(tǒng)為每臺(tái)主變35 kV側(cè)獨(dú)立運(yùn)行，1號(hào)主變35 kV側(cè)帶1號(hào)站用變和3911電容器裝置，2號(hào)主變35 kV側(cè)帶2號(hào)站用變和3921、3922電容器裝置，3號(hào)主變35 kV側(cè)帶3931電容器裝置和331并聯(lián)電抗器組，4號(hào)主變35 kV側(cè)帶3941電容器裝置。

3號(hào)主變型號(hào)為ODFPSZ-250000/500，生產(chǎn)廠家為南通曉星變壓器有限公司，生產(chǎn)日期為2009年11月1日，投運(yùn)日期為2010年6月17日。500 kV側(cè)套管型號(hào)為BRLW-550/2500-4，生產(chǎn)廠家為傳奇電氣(沈陽(yáng))有限公司，生產(chǎn)日期為2008年1月5日，投運(yùn)日期為2010年6月17日。

2019年6月28日9時(shí)，運(yùn)行人員交接班后開(kāi)始對(duì)站內(nèi)設(shè)備開(kāi)展特殊天氣巡視，巡視到主變區(qū)附近時(shí)聽(tīng)到主變有異響，經(jīng)過(guò)仔細(xì)辨認(rèn)，確定異響來(lái)自3號(hào)主變C相，通過(guò)高空拍攝儀檢查發(fā)現(xiàn)500 kV套管末屏對(duì)套管法蘭放電。

現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)3號(hào)主變C相500 kV側(cè)套管末屏接地帽已脫落，而A、B兩相500 kV側(cè)套管末屏接地帽正常。經(jīng)初步分析，C相500 kV側(cè)套管末屏失去接地，導(dǎo)致末屏對(duì)套管法蘭發(fā)生懸浮電位放電，類似缺陷無(wú)法帶電處理，需要緊急停電處理。

2 停電檢查情況

10時(shí)45分，3號(hào)主變由運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修，現(xiàn)場(chǎng)安全措施均已具備。檢修人員檢查發(fā)現(xiàn)3號(hào)主變C相500 kV側(cè)套管末屏接地帽已脫落，掉在主變上，套管末屏接地螺桿已有明顯的電弧燒蝕痕跡，末屏接地螺桿情況如圖1所示。

圖1 末屏接地螺桿情況

掉落在主變本體上的末屏接地帽如圖2所示，末屏接地帽內(nèi)部有放電燒蝕物質(zhì)，原本銀色的末屏接地帽內(nèi)部有三分之二的面積被燒為黑色。

圖2 末屏接地帽情況

套管末屏對(duì)地持續(xù)放電時(shí)間約20 min，懸浮電位可能會(huì)威脅到套管的性能。為了進(jìn)一步確定此次事故對(duì)套管的損壞程度，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展了套管本體絕緣電阻、套管末屏絕緣電阻、套管本體電容量、套管本體介質(zhì)損耗因數(shù)、套管油色譜共計(jì)5類試驗(yàn)。試驗(yàn)環(huán)境溫度21℃，濕度67%，滿足規(guī)程要求[1-2]?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)得套管本體絕緣電阻為47.6 GΩ，套管末屏絕緣電阻為5.8 GΩ，均滿足規(guī)程要求。套管本體電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試情況如表1所示，套管本體油色譜分析結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表1可知，套管本體電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)均沒(méi)有發(fā)生明顯變化，而且滿足規(guī)程要求。根據(jù)表2可知，套管本體油色譜分析結(jié)果滿足規(guī)程要求，而且與交接值相比沒(méi)有明顯增長(zhǎng)。據(jù)此可以判斷套管本身無(wú)異常，可以投入運(yùn)行。

表1 套管電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試情況

表2 套管油樣分析結(jié)果

3 故障原因分析

根據(jù)油紙絕緣電容型套管的工作原理可知，正常運(yùn)行時(shí)要求套管的末屏必須可靠接地，主變套管一般安裝在升高座上，因此實(shí)際中多數(shù)情況是將套管末屏接到升高座上或者套管與升高座連接的法蘭上[3-6]。

主變套管末屏接地方式有兩種[7-9]，一種是用引線將末屏接地柱與套管法蘭或升高座連接，另一種是通過(guò)末屏接地帽將末屏接地柱與套管法蘭連接。第一種連接方法的優(yōu)點(diǎn)是容易發(fā)現(xiàn)末屏接地不良缺陷，缺點(diǎn)是不美觀，檢修時(shí)容易產(chǎn)生因人員觸碰末屏接地連接線導(dǎo)致的末屏接地不良缺陷；第二種連接方法的優(yōu)點(diǎn)是樣式美觀、安裝簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是接地帽在運(yùn)行中容易松動(dòng)，從而導(dǎo)致末屏接地不良。本文介紹的主變500 kV套管末屏接地方式為接地帽接地。

檢修人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)故障套管進(jìn)行了全面檢查，發(fā)現(xiàn)末屏接地帽材質(zhì)為鑄鋁，接地帽的連接螺紋為普通螺紋，牙寬較大，牙槽較淺，而且沒(méi)有防振動(dòng)退扣設(shè)計(jì)。假設(shè)檢修后套管末屏接地螺帽沒(méi)有完全恢復(fù)到原始狀態(tài)，在主變正常運(yùn)行機(jī)械振動(dòng)的影響下，末屏接地帽將可能逐漸退扣松動(dòng)，導(dǎo)致末屏接地帽與接地螺桿不能可靠接觸，從而導(dǎo)致末屏懸浮電位放電。

此外，接地帽擰緊后接地螺桿與接地帽內(nèi)部接觸強(qiáng)度不夠，僅僅為表面接觸，接地帽輕微松動(dòng)會(huì)導(dǎo)致接地螺桿與接地帽之間留有空氣間隙，進(jìn)而會(huì)引發(fā)末屏接地螺桿對(duì)接地帽內(nèi)部輕微放電，類似的缺陷不停電檢查幾乎無(wú)法發(fā)現(xiàn)。接地帽與接地螺桿配套情況如圖3所示。

圖3 接地帽與接地螺桿配套情況

綜上所述，導(dǎo)致事故的直接原因是套管末屏接地帽松動(dòng)脫落，致使套管末屏失去接地運(yùn)行，從而導(dǎo)致末屏對(duì)地放電。導(dǎo)致事故的根本原因是套管末屏接地帽尺寸、螺紋牙型、防退扣措施等設(shè)計(jì)不合理。

4 故障處理情況

現(xiàn)場(chǎng)分析結(jié)果表明，該主變500 kV側(cè)套管末屏現(xiàn)有的接地方式(接地帽接地)不夠可靠，無(wú)法確保主變安全穩(wěn)定運(yùn)行，要從根本上解決問(wèn)題，必須對(duì)現(xiàn)有的末屏接地方式進(jìn)行改造。

重新加工制作接地帽需要專業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，同時(shí)需要設(shè)計(jì)合理的接觸壓力值，所需時(shí)間較長(zhǎng)，短時(shí)間內(nèi)無(wú)法恢復(fù)供電，影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。將原接地帽接地方式改造為引線接地方式可以從根本上解決問(wèn)題，而且耗費(fèi)時(shí)間短，主變可以盡快投運(yùn)。經(jīng)過(guò)討論平衡，最終決定選擇第二種方式。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，套管末屏接地螺桿材料為銅，套管法蘭材料為鑄鋁，根據(jù)計(jì)算電流值，選擇引線有效截面積為6 mm2，為防止套管末屏接地螺桿受到引線張力作用，現(xiàn)場(chǎng)選擇引線為多股軟銅線。套管末屏接地螺桿一側(cè)的接線鼻子選擇純銅線鼻子，法蘭一側(cè)的接線鼻子選擇銅鋁過(guò)渡線鼻子。為防止連接松動(dòng)，兩側(cè)均采用防松動(dòng)彈墊。套管法蘭側(cè)的連接孔為現(xiàn)場(chǎng)加工的螺紋孔，孔徑8 mm，孔深10 mm。改造后的套管末屏接地方式如圖4所示。

圖4 改造后套管末屏接地方式

13時(shí)26分，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、改造工作全部完成，3號(hào)主變申請(qǐng)送電成功，高效處理了一起500 kV主變被迫停運(yùn)事故。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析，明確了導(dǎo)致事故的直接原因是套管末屏接地帽松動(dòng)脫落，致使套管末屏失去接地運(yùn)行，從而導(dǎo)致末屏對(duì)地放電。導(dǎo)致事故的根本原因是套管末屏接地帽尺寸、螺紋牙型、防退扣措施等設(shè)計(jì)不合理。現(xiàn)場(chǎng)將原接地帽接地方式改造為引線接地，從根本上解決了問(wèn)題，確保3號(hào)主變短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)運(yùn)行。

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，設(shè)備數(shù)量逐年增多，停電檢修的機(jī)會(huì)逐年減少，要提高供電可靠性，一方面需要加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)維管理，提升專業(yè)人員運(yùn)維水平，另一方面需要加強(qiáng)設(shè)備質(zhì)量把關(guān)，提高設(shè)計(jì)水平，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，確保產(chǎn)品能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求。