500kVGIS斷路器異常跳閘故障的分析與處理

李慧

摘要：GIS是指氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（Gas Insulated Switchgear），簡稱GIS，主要由斷路器、隔離開關(guān)、接地（快速）開關(guān)、互感器、套管、避雷器、母線等電器元件組成，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)有機(jī)組合的高壓配電裝置，各間隔間用導(dǎo)電性能較好地導(dǎo)體連接，并以SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)。

關(guān)鍵詞：500kv;GIS斷路器;跳閘故障

1? 故障斷路器內(nèi)部檢查概況

檢測該斷路器C相氣室SF6氣體分解產(chǎn)物，與最近一次檢測結(jié)果比較，分解產(chǎn)物中出現(xiàn)SO2及H2S氣體，內(nèi)部放電故障的可能性進(jìn)一步增大。

對該故障斷路器C相靠近充排氣接口一側(cè)進(jìn)行開蓋檢查，發(fā)現(xiàn)均壓電容靠端蓋側(cè)均壓帽表面及殼體底部有放電燒熔現(xiàn)象，均壓電容絕緣材料表面靠近均壓帽一端底部燒黑，殼體下部覆蓋有少量熔融物，未發(fā)現(xiàn)明顯放電點(diǎn)。下部殼體內(nèi)壁存在細(xì)微的白色和黑色顆粒物，材質(zhì)堅(jiān)硬，似金屬顆粒。氣室內(nèi)部多處出現(xiàn)白色絮狀物，材質(zhì)較軟，似非金屬纖維。該氣室內(nèi)其余部位均未發(fā)現(xiàn)明顯的放電痕跡及其他異常，均壓電容、導(dǎo)電桿、操作機(jī)構(gòu)連桿等處固定螺栓連接緊固，無松動。提取少量殼體下部熔融物，可明顯嗅到刺激性氣味，其中應(yīng)含有SF6分解產(chǎn)物SO2及H2S氣體，但白色和黑色顆粒物、白色絮狀物無刺激性氣味。

對有明顯燒蝕痕跡的斷路器斷口均壓電容進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果仍能滿足銘牌參數(shù)要求，同時(shí)滿足DL/T 596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》及QCSG1206007-2017《電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，表明本次內(nèi)部放電故障較輕，釋放能量較小，均壓電容基本性能未受到明顯影響。

2 故障分析及現(xiàn)場處置

2.1 故障原因分析

根據(jù)故障斷路器運(yùn)行情況、保護(hù)動作情況、故障錄波、斷路器C相開蓋檢查情況綜合分析判斷，本次斷路器跳閘是由于C相故障側(cè)斷口下端均壓電容均壓帽對下部殼體電弧放電導(dǎo)致。

GIS內(nèi)部放電主要包括：自由金屬顆粒放電、懸浮電位體放電、沿面放電、絕緣件內(nèi)部氣隙放電、金屬尖端放電等。多數(shù)放電故障發(fā)生在設(shè)備投產(chǎn)后的1～3a內(nèi)，此時(shí)放電故障大多是由懸浮導(dǎo)體、表面毛刺或絕緣件表面附著顆粒等缺陷造成的，一般可通過完善交接驗(yàn)收及預(yù)防性試驗(yàn)起到預(yù)防作用。隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間增加，到GIS運(yùn)行中期，內(nèi)部放電故障則主要是絕緣件表面的缺陷（如污穢、表面電荷積聚、附著金屬微粒）引起的。

但本次斷路器故障情況較為特殊，其運(yùn)行近7a，期間無故障記錄，現(xiàn)場檢查絕緣件表面無明顯臟污及顆粒附著，絕緣件完好無異常。

通過現(xiàn)場分析及開蓋檢查結(jié)果判斷，此次斷路器內(nèi)部放電原因應(yīng)為斷路器C相內(nèi)存在金屬離子細(xì)微顆粒，運(yùn)行中細(xì)微顆粒振落在殼體底部。斷路器多次開合以及氣室充排氣過程中引起氣室內(nèi)壓力波動及SF6氣體流動，將細(xì)微金屬顆粒聚集在氣室端頭底部氣流死角區(qū)域，并形成一定的規(guī)模，此區(qū)域正位于均壓電容均壓帽下方。在斷路器合閘對線路充電時(shí)，C相氣室斷口均壓電容下方含有金屬離子的細(xì)微顆粒受到交變電磁場作用上下跳動產(chǎn)生懸浮電位放電，造成局部SF6氣體分解絕緣強(qiáng)度降低，形成對殼體放電通道發(fā)生電弧放電。

為驗(yàn)證金屬顆粒在均壓電容器均壓帽下方聚集的判斷，對故障斷路器C相故障處對側(cè)進(jìn)行開蓋檢查，發(fā)現(xiàn)均壓帽底部有輕微顆粒物聚集的情況。對B相斷路器進(jìn)行開蓋檢查，在靠近充排氣口一側(cè)均壓電容均壓帽底部發(fā)現(xiàn)絮狀物及顆粒物聚集情況，對側(cè)均壓電容均壓帽底部發(fā)現(xiàn)顆粒物，但聚集情況并不明顯。

可以推測，該型斷路器均壓電容器均壓帽底部顆粒物及絮狀物聚集可能為普遍存在的現(xiàn)象，與氣室內(nèi)顆粒物及絮狀物的多少有關(guān)，同時(shí)氣室充排氣及斷路器分合閘操作對顆粒物及絮狀物的聚集均有作用，充排氣對聚集作用的影響可能更強(qiáng)，其中導(dǎo)電顆粒物聚集量的多少對故障的發(fā)生與否起到至關(guān)重要的作用。

2.2 現(xiàn)場處理過程

對故障斷路器C相外殼內(nèi)壁燒熔物進(jìn)行清理打磨，恢復(fù)其光滑表面;全面檢查清潔斷路器各部位，采購新電容及均壓帽，經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)合格后，更換電容和均壓帽;對故障斷路器C相進(jìn)行抽真空充氣，更換吸附劑。同時(shí)，開展了該斷路器A、B相內(nèi)部檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常。

對故障斷路器C相進(jìn)行電氣試驗(yàn)，試驗(yàn)滿足DL/T 596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》及QCSG1206007-2017《南方電網(wǎng)電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定。

根據(jù)調(diào)度批復(fù)進(jìn)行零起升壓試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中檢查該斷路器及帶電范圍內(nèi)一次設(shè)備運(yùn)行均正常，測量各部位PT二次側(cè)三相電壓均正常，檢查監(jiān)控、保護(hù)、故障錄波裝置采樣均正常，順利并網(wǎng)運(yùn)行。

3防范建議

分析本次事故發(fā)生的原因，可追溯至設(shè)備生產(chǎn)、安裝、驗(yàn)收、投運(yùn)及日常運(yùn)維等各個(gè)環(huán)節(jié)，殼體內(nèi)的金屬顆粒物既可能來自生產(chǎn)安裝過程，也可能來自動元件與固定元件的相互摩擦。針對本次故障，下面從設(shè)備生產(chǎn)安裝驗(yàn)收、日常運(yùn)行維護(hù)及定期檢查檢修等方面提出以下建議。

1）加強(qiáng)設(shè)備生產(chǎn)制造及安裝過程中的現(xiàn)場檢查及見證工作。生產(chǎn)及安裝現(xiàn)場應(yīng)采取防塵措施，如搭建防塵篷、地面鋪塑料布等，擦拭罐體內(nèi)部應(yīng)使用無紡布，氣室封閉前必須將罐體內(nèi)部清理干凈，應(yīng)特別注意孔洞、縫隙、角落的除塵;驗(yàn)收時(shí)需認(rèn)真查驗(yàn)安裝時(shí)的天氣情況、現(xiàn)場環(huán)境、氣室清理、安裝順序、裝配工藝等是否滿足要求，施工記錄、監(jiān)理記錄查驗(yàn)無誤后應(yīng)妥善存檔。避免由于生產(chǎn)及安裝過程不滿足工藝流程或質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)造成的內(nèi)部金屬顆?；蚱渌s物較多、裝配誤差大造成的動元件與固定元件不正常摩擦等情況。

2）定期開展GIS設(shè)備帶電局放檢測，根據(jù)具體情況可選擇特高頻或超聲局放等檢測方法。新安裝的設(shè)備在進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，可同時(shí)進(jìn)行超聲局放試驗(yàn)，以便判斷GIS設(shè)備內(nèi)部除絕緣件損傷、絕緣距離不足外，是否存在潛在的絕緣件內(nèi)部雜質(zhì)、氣泡等局部缺陷。超聲局放具有對彈墊松動、粉塵飛舞等非放電性缺陷較為敏感的特性，運(yùn)行中的設(shè)備可參照國家能源局《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》及電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1250-2013《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備帶電超聲局部放電檢測應(yīng)用導(dǎo)則》進(jìn)行超聲局放檢測，對于550k V以上電壓等級的設(shè)備，建議每半年進(jìn)行一次帶電局放檢測，對局放超標(biāo)的設(shè)備及時(shí)處理。

3）適當(dāng)縮短斷路器氣室SF6氣體分解產(chǎn)物的現(xiàn)場檢測周期，作為GIS設(shè)備內(nèi)部長期慢性故障的輔助判斷依據(jù)。按照電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1359-2014《六氟化硫電氣設(shè)備故障氣體分析和判斷方法》的要求，建議500kV GIS斷路器每年進(jìn)行分解產(chǎn)物的檢測，輔助分析內(nèi)部運(yùn)行及潛在的故障情況。但分解物需要一定的產(chǎn)生和擴(kuò)散過程，且只有濃度積累到一定水平后方可被檢測到，檢測間隔周期也較長，響應(yīng)速度較慢。目前SF6分解產(chǎn)物現(xiàn)場檢測使用的均為便攜式檢測設(shè)備，建議有條件的單位可以自行采購并開展現(xiàn)場檢測工作，縮短檢測周期，配合其他檢查試驗(yàn)及運(yùn)維記錄，綜合判斷GIS設(shè)備健康情況。

4）利用停電機(jī)會，對運(yùn)行年限長、操作頻繁、充排氣次數(shù)多的斷路器逐臺進(jìn)行開蓋檢查，全面清潔，檢查內(nèi)部各連接螺栓、固定螺栓、銷軸、觸頭等是否有松動、開裂、磨損、燒蝕等情況，并及時(shí)處理。

5）根據(jù)試驗(yàn)、檢查等情況，合理修編現(xiàn)場檢修維護(hù)規(guī)程及作業(yè)指導(dǎo)書，加強(qiáng)運(yùn)行設(shè)備的巡視檢查，利用紅外成像等手段，及早發(fā)現(xiàn)溫度異常部位，合理安排，妥善處理。

4結(jié)語

GIS設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，是保證發(fā)電廠、變電站電能輸送的重要前提。以一起500kV GIS斷路器內(nèi)部放電引起斷路器跳閘故障為切入點(diǎn)，介紹了本次故障的特點(diǎn)以及處理過程，并提出了切實(shí)的防范建議：通過應(yīng)用多種檢測技術(shù)，加強(qiáng)設(shè)備日常維護(hù)檢查，增加GIS設(shè)備的性能檢查與故障判斷的有效性，提高設(shè)備安全性與穩(wěn)定性，提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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