一起252 kV GIS斷路器異常發(fā)熱缺陷分析

邱 煒，劉軍軍，馬錫良，徐清鵬，周 波，羅 楊

(國網(wǎng)四川省電力公司成都供電公司，四川 成都 610041)

0 引 言

氣體絕緣組合電器(gas insulated switchgear，GIS)將斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、母線、CT等部件密封在金屬腔體內(nèi)，具有占地空間小、運行可靠性高、維護(hù)量小等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]。近年來，GIS設(shè)備發(fā)熱故障屢見不鮮，已造成多起設(shè)備停運事故。因此，加強(qiáng)GIS設(shè)備發(fā)熱缺陷故障的檢測與分析具有重要意義[4-9]。

下面介紹一起252 kV GIS斷路器罐體異常發(fā)熱缺陷，分析了該處缺陷的主要原因，提出了診斷GIS斷路器異常發(fā)熱缺陷的方法措施，并給出設(shè)備運行維護(hù)建議。

1 故障概況

2020年4月11日16時11分，某220 kV變電站運行人員發(fā)現(xiàn)220 kV 263斷路器A相GIS殼體異常發(fā)熱，熱點溫度達(dá)40 ℃，B、C相及環(huán)境溫度為22 ℃，紅外圖譜見圖1。

該設(shè)備型號為ZF11-252(L)，為三相分體設(shè)備，由新東北電氣集團(tuán)高壓開關(guān)有限公司生產(chǎn)，于2013年12月投運。

發(fā)生缺陷時，該變電站運行方式為220 kV分列運行，263、265、201斷路器運行于Ⅰ母，266、264、202斷路器運行于Ⅱ母。

歷史操作信息：263斷路器近5年共動作12次，最近一次操作為2019年4月25日合閘。

歷史缺陷信息：2019年11月10日，263斷路器本體A相溫度較其他兩相略微偏高(2 ℃)，檢修人員于2019年11月12日開展超聲波、特高頻測試，均未發(fā)現(xiàn)異常，三相氣壓表正常。

圖1 263斷路器A相紅外圖譜

2 試驗診斷

在接到缺陷信息后，檢修人員開展了現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)該斷路器A、B、C三相氣室氣壓不平衡，A相氣壓為0.65 MPa，B、C相氣壓為0.63 MPa，測量數(shù)據(jù)見表1。負(fù)荷電流三相平衡無異常。

19：10，對該斷路器開展了精確紅外測溫，發(fā)現(xiàn)A相殼體最高溫度升至50 ℃，氣壓上升至0.69 MPa，而此時負(fù)荷與當(dāng)日下午并無明顯變化。263斷路器氣室GIS外殼(熱點)溫度測量數(shù)據(jù)見表2。

表1 263斷路器氣室氣壓測量數(shù)據(jù) 單位：MPa

表2 263斷路器氣室GIS外殼(熱點)溫度 單位：℃

由于該缺陷屬于紅外發(fā)熱缺陷，且紅外圖譜在GIS罐體上有明顯溫度梯度，具有局部熱點特征，故判斷為內(nèi)部連接出現(xiàn)異常導(dǎo)致了發(fā)熱情況。

考慮到設(shè)備內(nèi)部缺陷有明顯的的發(fā)展趨勢，當(dāng)日21：00對設(shè)備進(jìn)行了緊急停電，并開展了停電診斷工作。

2.1 X射線診斷

對263斷路器開展了X射線成像檢測，檢測圖譜如圖2所示，未發(fā)現(xiàn)A相動靜觸頭接觸處明顯合閘不到位情況，動靜觸頭螺栓及緊固件無明顯松動。A、C相對比無明顯異常。初步判定動靜觸頭無合閘不到位現(xiàn)象，無明顯螺栓松動。

圖2 263斷路器動靜觸頭X射線檢測圖譜

2.2 氣體檢測

對263斷路器A相相關(guān)氣室進(jìn)行SF6分解產(chǎn)物檢測，檢測數(shù)據(jù)見表3，各項指標(biāo)符合規(guī)程要求，未發(fā)現(xiàn)異常。

2.3 回路電阻測試

從26330、26340接地開關(guān)處測量263斷路器回路電阻，測量回路如圖3、圖4所示，數(shù)據(jù)結(jié)果見表4，可以看出A相回路電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于B、C兩相，數(shù)據(jù)異常。

表3 263斷路器氣室氣體檢測結(jié)果

表4 263 GIS斷路器部分回路電阻測試結(jié)果

圖3 263 GIS斷路器部分回路電阻測試

圖4 263 GIS斷路器部分回路結(jié)構(gòu)

2.4 缺陷定位

在回路電阻測出異常后，由于所測回路電阻為26330接地開關(guān)到26340接地開關(guān)之間部分，所含元器件較多。為進(jìn)一步減小測試范圍，精確定位缺陷位置，在回收氣體后，打開斷路器動靜觸頭處手孔，脫開拐臂鎖銷后，將斷路器處于半分半合狀態(tài)(見圖5)，分段測量回路電阻。

圖5 手孔打開位置結(jié)構(gòu)

分段測試數(shù)據(jù)見表5，可以確定接觸不良部位為中間觸頭與T型導(dǎo)體之間，設(shè)備內(nèi)部位置如圖6所示。

表5 263 GIS斷路器部分回路電阻分段測試結(jié)果

圖6 263 GIS A相斷路器接觸不良部分

2.5 開罐解體檢查

故障斷路器為三相分箱式，解體發(fā)現(xiàn)A相氣室內(nèi)部遺留大量粉塵。中間觸頭與T型導(dǎo)體交界處有嚴(yán)重?zé)g痕跡，且在縫隙中有凹凸不平黑色金屬物，如圖7所示。從顏色來看，A相中間觸頭相較B、C相顏色暗淡，且T型導(dǎo)體與中間觸頭交界處顏色最為暗淡。從燒損程度來看，T型導(dǎo)體與中間觸頭交界處最為嚴(yán)重，縫隙內(nèi)有黑色金屬物，有凹凸不平缺口。灰色粉末堆積形狀與氣體回流口位置相對應(yīng)，如圖8所示。

圖7 263斷路器A相解體

圖8 263斷路器A相罐體內(nèi)粉塵及氣體回流口

對T型導(dǎo)體與中間觸頭交界處縫隙寬度進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)A相較大，數(shù)值達(dá)1.1 mm，B、C相為0.2 mm，A相連接處存在松動、緊固不到位的情況。

3 故障原因分析

GIS斷路器內(nèi)部發(fā)熱缺陷，是一個逐漸劣化的過程。該缺陷設(shè)備近1年內(nèi)無分合操作，室內(nèi)GIS并未遭受惡劣環(huán)境影響，同時該設(shè)備并未遭受過電壓且所有保護(hù)裝置及系統(tǒng)無異常。由此判斷，本次故障的原因?qū)佼a(chǎn)品或裝配質(zhì)量問題。

根據(jù)現(xiàn)場解體檢查狀況及結(jié)構(gòu)分析，造成回路電阻超標(biāo)、罐體發(fā)熱的原因為壓氣缸外側(cè)的中間觸頭與連接的鑄鋁導(dǎo)體接觸不良。在通過負(fù)荷電流時局部發(fā)熱，在對流、熱輻射作用下，最終導(dǎo)致A相斷路器罐體及相通氣室的上CT罐體溫度升高。

該斷路器中間觸頭與鑄鋁導(dǎo)體為螺紋緊固連接，裝配過程中中間主觸頭緊固不到位，在斷路器分合閘操作振動及電動力的作用下，導(dǎo)致中間觸頭松動，觸頭連接部位接觸不良，造成回路電阻增大。

GIS罐體內(nèi)大量灰色粉塵可能來源有兩種，一是由于局部接觸不良，在接觸部位產(chǎn)生了局部放電，將鑄鋁導(dǎo)體和銅觸頭燒蝕，高溫的銅、鋁顆粒與SF6氣體在局部放電作用下產(chǎn)生了罐體內(nèi)部的灰色粉末；二是導(dǎo)電體表面涂的潤滑膏為有機(jī)物，在高溫作用下與SF6產(chǎn)生反應(yīng)，生成的碳化或氟化物。

檢修人員對該中間觸頭進(jìn)行更換處理后，設(shè)備回路電阻測試合格；投運后，紅外測試無異常。

4 結(jié) 語

通過對一起220 kV 斷路器GIS殼體發(fā)熱缺陷的分析處理，詳細(xì)闡述了該類缺陷的診斷測試及故障分析的流程及方法，對今后該類缺陷的處理具有借鑒意義。同時，對GIS設(shè)備的運行維護(hù)提出以下幾點建議：

1)加強(qiáng)GIS設(shè)備紅外巡視工作。GIS設(shè)備雖無法通過紅外測溫直接測到內(nèi)部溫度，但是外殼溫度在一定程度上可反映內(nèi)部狀況。通常情況下，GIS設(shè)備發(fā)熱時，內(nèi)部真實溫度遠(yuǎn)高于外殼顯示溫度，因此對GIS設(shè)備紅外巡視工作具有重要價值。

2)斷路器作為重要的電力系統(tǒng)設(shè)備，當(dāng)檢測到其發(fā)熱時，必須查明原因，避免設(shè)備缺陷發(fā)展為電網(wǎng)事故。

3)加強(qiáng)設(shè)備安裝工藝質(zhì)量管控，避免設(shè)備存在隱形缺陷。