一起50050000 kVHGISVHGIS故障處理及其防范措施

胡宏宇，熊 洲，晏年平

（1江西省電力公司檢修分公司，江西南昌 330096；2江西省電力公司，江西南昌 330077；3.江西省電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330096）

0 前言

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）具有占地面積小、不受外界環(huán)境條件影響等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)中受到廣泛的青睞。HGIS的結(jié)構(gòu)與GIS基本相同，但它不包括母線設(shè)備。然而，由于國(guó)產(chǎn)化盆式絕緣子關(guān)鍵制造工藝研究不夠深入，某些廠家生產(chǎn)的設(shè)備在投運(yùn)初期，多次發(fā)生盆式絕緣子擊穿故障。我公司新東北電氣(沈陽(yáng))高壓開關(guān)有限公司生產(chǎn)的ZHW-550型HGIS自2010年4月15日投入運(yùn)行以來(lái)，連續(xù)發(fā)生2起盆式絕緣子擊穿故障。因此如何預(yù)防GIS盆式絕緣子擊穿故障成為研究的課題。現(xiàn)就12月21日發(fā)生的故障進(jìn)行分析。

1 故障經(jīng)過(guò)

故障前運(yùn)行方式，石鐘山500 kV變電站500 kV系統(tǒng)采用3/2接線方式，500 kVⅠ、Ⅱ母運(yùn)行，500 kV永石Ⅰ線、永石Ⅱ線運(yùn)行，5011、5012、5021、5022、5023、5031、5032開關(guān)運(yùn)行。石鐘山500 kV變電站500 kV一次系統(tǒng)圖見圖1。

2012年12月21日，天氣陰，石鐘山500 kV變電站無(wú)檢修作業(yè)，永石Ⅰ線線路無(wú)操作。19點(diǎn)46分石鐘山500 kV變電站永石Ⅰ線雙套線路保護(hù)動(dòng)作，B相單相跳閘，B相單相重合不成功，跳三相。查閱雷電定位系統(tǒng)及避雷器動(dòng)作記錄，故障前后半小時(shí)內(nèi)變電站及永石Ⅰ線均無(wú)落雷。

2 500 kV HGIS結(jié)構(gòu)

圖2 HGIS結(jié)構(gòu)示意

如圖2所示每個(gè)斷路器間隔分為3個(gè)氣室，采用不通氣的盆式絕緣子（加粗線條）作為隔斷。編號(hào)分別為#1、#2、#3。其中#1氣室為斷路器所在氣室，額定氣壓為0.6 MPa；#2與#3氣室結(jié)構(gòu)相同，包括三個(gè)氣罐：VT罐-隔離開關(guān)與接地刀閘所在氣罐、CT罐-電流互感器所在氣罐、VG罐-母線氣罐。三個(gè)氣罐通過(guò)可通氣的盆式絕緣子（細(xì)線條）相連接，共同組成一個(gè)氣室，其額定壓力為0.4 MPa。本次故障發(fā)生在50222隔離開關(guān)所在氣室中的CT罐與VT罐之間的盆式絕緣子。

圖1 石鐘山500 kV變電站500 kV一次系統(tǒng)圖及永石I線B相故障氣室位置

3 故障調(diào)查

3.1 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

現(xiàn)場(chǎng)檢查500 kV HGIS永石I線50222B相隔離開關(guān)罐與電流互感器罐之間盆式絕緣子部位，發(fā)現(xiàn)有大量黑色膠狀物溢出，并滴落在電流互感器罐體外部。永石I線50222隔離開關(guān)B相2號(hào)故障氣室位置和如圖1，故障氣室外觀現(xiàn)場(chǎng)檢查如圖3。

圖3 故障2號(hào)氣室現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

3.2 石鐘山變電站500 kV HGIS檢測(cè)試驗(yàn)情況

查閱故障間隔以往的交接、例行檢查試驗(yàn)報(bào)告，均無(wú)異常記錄。

查閱變電站運(yùn)行巡視記錄，故障前各氣室壓力正常。故障初始19時(shí)46分50222 B相隔離開關(guān)氣室未出現(xiàn)SF6壓力低告警，至20時(shí)30分監(jiān)控后臺(tái)報(bào)“5022B相斷路器2號(hào)氣室SF6氣體壓力降低報(bào)警”，降至告警值。

永石Ⅰ線故障跳閘后，檢查故障的50222隔離開關(guān)B相2號(hào)氣室，該氣室氣壓表顯示氣室壓力為0.04 MPa。由于故障后氣體泄漏速度快，氣室內(nèi)壓力過(guò)低，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法測(cè)出50222隔離開關(guān)B相氣室內(nèi)SF6氣體的微水及分解物組分。之后對(duì)相鄰氣室進(jìn)行SF6氣體微水及分解產(chǎn)物檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果均正常，如表1。

表1 2號(hào)氣室相鄰氣室微水及SF6氣體分解物組分試驗(yàn)數(shù)據(jù)（μL/L）

3.3 繼電保護(hù)裝置動(dòng)作情況分析

技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)分析保護(hù)動(dòng)作情況。永石I線配置雙套R(shí)CS-931AMM、WXH-803A線路保護(hù)，5022、5023斷路器保護(hù)配置為WDLK-862A。永石I線動(dòng)作行為如下：

1）第一次故障。永石I線B相單相故障，故障電流有效值約7.7 kA，兩套線路保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作，5022、5023斷路器保護(hù)單跳出口，5022、5023斷路器B相斷開。

2）第二次故障。5022、5023斷路器B相斷開后，5023斷路器保護(hù)經(jīng)延時(shí)837 ms重合閘出口，5022斷路器保護(hù)因重合閘延時(shí)未達(dá)到定值（5022斷路器保護(hù)重合閘延時(shí)定值為1.3 S），5022斷路器B相未重合。由于5023斷路器重合于B相永久性故障，兩套線路保護(hù)三跳出口，5022、5023斷路器保護(hù)三跳出口，5022、5023斷路器斷開。

結(jié)合5022斷路器B相2號(hào)氣室現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，綜合分析5022斷路器B相2號(hào)氣室內(nèi)存在接地短路，屬于永石I線線路保護(hù)范圍，保護(hù)動(dòng)作行為正確。

4 永石Ⅰ線故障跳閘原因分析

為查明永石I線跳閘原因，12月23日上午在新東北電氣(沈陽(yáng))高壓開關(guān)有限公司的配合下解開50222隔離開關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與VT罐的連接螺栓，發(fā)現(xiàn)5022隔離開關(guān)VT罐盆式絕緣子放電燒裂成碎片（圖4，圖5），氣室內(nèi)壁附著大量黑色粉層等放電分解物。

圖4 炸裂的VT罐盆式絕緣子碎片

圖5 VT罐氣室內(nèi)盆式絕緣子燒蝕情況

綜合現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，分析永石Ⅰ線故障跳閘原因是：50222隔離開關(guān)B相氣室盆式絕緣子存在制造缺陷，自投運(yùn)以來(lái)，在長(zhǎng)期運(yùn)行電壓作用下，內(nèi)部缺陷不斷劣化，最終發(fā)生固體貫穿性擊穿炸裂，致使永石Ⅰ線接地短路，屬于盆式絕緣子產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。黑色膠狀物為盆式絕緣子上的密封圈經(jīng)電弧灼傷高溫熔化形成，并從罐體內(nèi)泄漏出來(lái)。檢查發(fā)現(xiàn)放電部位在50222隔離開關(guān)VT罐盆式絕緣子下表面屏蔽罩與CT罐外壁法蘭處，如圖6。

圖6 放電部位示意

5 現(xiàn)場(chǎng)處理過(guò)程

這是檢修分公司首次開展500 kV HGIS故障修復(fù)工作，省公司組織電科院、檢修分公司等單位共同制定了修復(fù)方案，為今后的500 kV HGIS檢修工作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

具體檢修過(guò)程如下：

1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)間和工作內(nèi)容落實(shí)工作票并交變電站值班員。

2）清點(diǎn)備品備件，檢查機(jī)具，工機(jī)具進(jìn)場(chǎng)。

3）本次工作全體工作成員集中學(xué)習(xí)：江西省電力公司《反違章工作規(guī)定》要求、更換方案。

4）工作票辦理及許可。

5）確認(rèn)廠家設(shè)備（盆式絕緣子及密封板）到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)并開箱檢查。

6）將5022斷路器B相1號(hào)氣室氣壓降至0.1MPa。

7）對(duì)永石Ⅰ回線B相VG罐、VT罐、CT罐進(jìn)行拆除及相關(guān)二次線拆除，并對(duì)VG、CT罐進(jìn)行檢查、清洗。

8）拆除永石Ⅰ回線B相高壓套管引線；對(duì)永石Ⅰ回線B相高壓套管進(jìn)行拆裝，清洗；對(duì)5022斷路器B相1號(hào)與2號(hào)氣室間盆式絕緣子進(jìn)行更換及密封；將50221B相3號(hào)氣室氣壓降至0.1 MPa。

9）檢查盆式絕緣子，安裝CT罐并進(jìn)行檢查；對(duì)5022斷路器B相1號(hào)氣室進(jìn)行抽真空；抽真空至133 pa后，停泵后5小時(shí)后與30分鐘時(shí)的壓力差應(yīng)小于67pa[1]。

10）對(duì)5022B相1號(hào)氣室充氣至0.2 MPa。

11）對(duì)50221隔離開關(guān)B相3號(hào)氣室充氣至額定氣壓。

12）確認(rèn)VT罐到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)并開箱檢查。

13）將50231隔離開關(guān)B相3號(hào)氣室氣壓降至0.1MPa。

14）安裝VT罐、VG罐及恢復(fù)相關(guān)二次線。

15）對(duì)50222隔離開關(guān)B相2號(hào)氣室進(jìn)行抽真空。

16）對(duì)50222隔離開關(guān)B相2號(hào)氣室充氣至額定氣壓。

17）對(duì)5022斷路器B相1號(hào)氣室進(jìn)行充氣至額定氣壓。

18）對(duì)50231隔離開關(guān)B相3號(hào)氣室充氣至額定氣壓。

19）充氣設(shè)備靜置48小時(shí)后[2,3]，耐壓試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)場(chǎng)。

20）對(duì)5022斷路器B相1號(hào)氣室、對(duì)50222隔離開關(guān)B相2號(hào)氣室、50221隔離開關(guān)B相3號(hào)氣室進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)。

21）對(duì)5022斷路器B相1號(hào)氣室、對(duì)50222隔離開關(guān)B相2號(hào)氣室、50221隔離開關(guān)B相3號(hào)氣室進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。

22）恢復(fù)高壓套管引線。

23）工機(jī)具等撤離現(xiàn)場(chǎng)及現(xiàn)場(chǎng)清理等。

24）驗(yàn)收及整改。

25）工作票終結(jié)。

26）恢復(fù)永石Ⅰ回線及1號(hào)主變送電。

2012年12月31日，永石Ⅰ線及1號(hào)主變恢復(fù)送電，目前設(shè)備運(yùn)行情況良好。

6 防范措施

盆式絕緣子產(chǎn)品質(zhì)量不良是造成故障的直接原因。參照國(guó)網(wǎng)公司近期召開的新東北組合電器用盆式絕緣子運(yùn)行情況分析會(huì)精神，為預(yù)防故障發(fā)生，采取的防范措施如下：

1）針對(duì)運(yùn)行早期盆式絕緣子放電故障較為多發(fā)的情況，對(duì)新投運(yùn)設(shè)備加大超聲波、超高頻局放等帶電檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的力度，及早發(fā)現(xiàn)和消除盆式絕緣子內(nèi)部存在的缺陷和隱患。

2）為保證GIS設(shè)備安裝質(zhì)量，對(duì)GIS設(shè)備逐步推廣實(shí)施“專業(yè)化”安裝，即由制造廠負(fù)責(zé)本體的安裝工作，施工單位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)輔助配合。同時(shí)為防止GIS裝備過(guò)程帶入異物或者雜質(zhì)，現(xiàn)場(chǎng)交接應(yīng)進(jìn)行100%工頻耐壓試驗(yàn)，有條件時(shí)，應(yīng)對(duì)550 kV及以上產(chǎn)品進(jìn)行雷電沖擊試驗(yàn)。

3）開關(guān)設(shè)備制造廠應(yīng)積極聯(lián)合傳感器和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)廠家查找原因，進(jìn)一步研究和提升在線檢測(cè)裝置的可靠性，并在今后的工程中優(yōu)先采用GIS局放內(nèi)置傳感器的一體化設(shè)備，提高缺陷檢出成功率。

[1]DL/T 603-2006，氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備運(yùn)行及維護(hù)規(guī)程[S].

[2]DL/T 393-2010，輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3]GB 50150-2006，電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].