500kV 變電站斷路器故障分析

劉冠辰，王孟，吳章勤，徐輝，劉榮海

(1.華北電力大學(xué)機(jī)械工程系，河北 保定 071000;2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司公司研究生工作站，昆明 650217;3.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217;4.云南試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司，昆明 650217)

0 前言

斷路器是電力系統(tǒng)中負(fù)責(zé)控制和保護(hù)重要的設(shè)備，針對(duì)斷路器工作的可靠性需要重視，最大限度的減少故障的發(fā)生［1－2］。某500 kV 變電站斷路器成功的對(duì)其所帶的Ⅰ回線路進(jìn)行分閘操作，此斷路器處于熱備用狀態(tài)。對(duì)側(cè)Ⅰ回線斷路器進(jìn)行分閘操作，斷路器發(fā)生故障并爆炸;該線路為緊湊型單回線路、雙側(cè)配高抗設(shè)計(jì)。

1 故障分析

1.1 解體故障電阻

拆除故障電阻殘留的動(dòng)觸頭和機(jī)構(gòu)部分并進(jìn)行了解體，發(fā)現(xiàn)電阻動(dòng)觸頭處于正常分位位置，但是屏蔽罩有電弧燒傷痕跡;電阻片有過熱現(xiàn)象，有兩片破裂;電阻片結(jié)合部有銀色金屬顆粒;電阻片間的薄銅片有過熱現(xiàn)象。

電阻的絕緣管雖然有碳化現(xiàn)象，但仍然有一定強(qiáng)度;連接動(dòng)觸頭的絕緣拉桿從電阻基座處至動(dòng)觸頭連接處已碳化，而且合閘電阻機(jī)構(gòu)箱動(dòng)作正常［3－5］。

1.2 工頻耐壓試驗(yàn)

由于電力設(shè)備在運(yùn)行時(shí)會(huì)受到雷電過電壓、內(nèi)外過電壓、最高工作電壓的頻繁作用，導(dǎo)致絕緣故障成為了電力設(shè)備運(yùn)行中最容易出現(xiàn)的故障。目前，交流工頻耐壓試驗(yàn)是行業(yè)內(nèi)鑒定電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度最有效的考核方法［6－8］。

工頻耐壓試驗(yàn)作為一種預(yù)防性試驗(yàn)，是發(fā)電站、供配電系統(tǒng)及科研單位等所必需的試驗(yàn)類型，它用于對(duì)各種電氣產(chǎn)品、電器元件、絕緣材料等進(jìn)行規(guī)定電壓下的絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)，考察試件的絕緣水平，發(fā)現(xiàn)被試品的絕緣缺陷，衡量過電壓的能力。將合閘電阻抽真空，并充入SF6氣體至0.6MP，針對(duì)損壞側(cè)和未損壞側(cè)合閘電阻分別進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)，在合閘電阻兩側(cè)施加高電壓，保持60s 后均未擊穿;并且通過測量高電壓下的介損值，更好地反映了電容器運(yùn)行時(shí)的絕緣狀態(tài)。通過工頻耐壓試驗(yàn)和均壓電容器的檢測均未發(fā)現(xiàn)異常狀況。

1.3 未損壞電阻解體

針對(duì)未損壞合閘電阻解體，檢查合閘電阻的對(duì)中情況，結(jié)果正常，解體合閘電阻，動(dòng)側(cè)電阻片正常;靜側(cè)根部電阻片有開裂現(xiàn)象，銅片部分區(qū)域變色;電阻動(dòng)觸頭有輕微電弧燒傷現(xiàn)象，滅弧室本體解體，結(jié)果正常。

2 X 射線DR 檢測

X 射線DR 檢測開始出現(xiàn)，DR 成像質(zhì)量明顯高于膠片成像，而且數(shù)字平板檢測器(FPD)可快速捕捉到X 射線所攜帶的信息，動(dòng)態(tài)范圍大。DR 檢測還可針對(duì)電力行業(yè)中特殊的設(shè)備，如氣體絕緣開關(guān)(GIS)，進(jìn)行帶電作業(yè)，提高了檢測效率的同時(shí)，還減少了停電檢修、拆解罐體的時(shí)間及其相應(yīng)的損失。DR 檢測可以清晰的看到合閘電阻內(nèi)部的情況，經(jīng)過針對(duì)合閘電阻全面的排查后，發(fā)現(xiàn)更換后的斷路器合閘電阻完好無損。在發(fā)生事故之前對(duì)合閘電阻進(jìn)行X 射線DR 檢測，此類事故發(fā)生的概率將會(huì)降低。

3 原因分析

1)合閘電阻如果內(nèi)部有導(dǎo)電異物，則影響其內(nèi)絕緣性能，可以引起內(nèi)部的擊穿，解體的電阻和現(xiàn)場損壞的合閘電阻沒有發(fā)現(xiàn)異物，因此排除內(nèi)部有導(dǎo)電異物的可能性。

2)若電阻在運(yùn)行中產(chǎn)生了金屬顆粒，則可能造成合閘電阻內(nèi)絕緣的降低。但根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，同相斷路器的兩只合閘電阻，其工作狀態(tài)完全一致;未爆炸的合閘電阻雖然有電阻片破裂現(xiàn)象，但未發(fā)現(xiàn)金屬顆粒;且合閘電阻通過了所有的型式試驗(yàn)，因此正常運(yùn)行中的電阻片不會(huì)產(chǎn)生金屬顆粒，因此排除該假設(shè)。

3)從解體情況來看，電阻片破損，并向不同方向凸出，具有運(yùn)輸過程中異常顛簸損壞的顯著特征;若損壞的電阻片并未發(fā)生部分脫落，單斷口也能承受500 kV 的工頻耐壓;但如果電阻片由于運(yùn)輸、地震等原因引起部分脫落，將引起絕緣的降低。如果電阻片局部脫落，必將影響整個(gè)斷口的絕緣性能，斷口在過電壓的沖擊下首先擊穿，導(dǎo)致合閘電阻爆炸。

經(jīng)解體分析，推斷本臺(tái)斷路器在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)異常狀況或特定的交通環(huán)境下運(yùn)輸不規(guī)范與電阻片的破裂有極大的關(guān)系。但事故后的DR 檢測可以清晰的看出斷路器合閘電阻內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，從而對(duì)斷路器合閘電阻的物理狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

4 結(jié)束語

由于推斷此事故斷路器在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)了異常，并使得電阻片破裂，由此而知同批次的斷路器可能也存在著運(yùn)輸不規(guī)范而導(dǎo)致的異常狀況。建議對(duì)斷路器進(jìn)行完全的電氣試驗(yàn)以驗(yàn)證其可靠性，并應(yīng)用X 射線DR 檢測對(duì)其進(jìn)行物理性試驗(yàn)排查，以杜絕缺陷導(dǎo)致事故的發(fā)生。

［1］東北電力設(shè)計(jì)院.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊［M］.北京:水利電力出版社，1991.

［2］DL/T 5092－1999，110～500 kV 送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］印華等.一起GIS 事故的分析與處理［J］.高壓電器，2009 (2):122－123.

［4］曹麒方.500 kV GIS 安裝技術(shù)方案［J］.電力建設(shè)，2009(11):35－38.

［5］徐世山，孟可風(fēng)，劉文泉.一起363 kV GIS 充電閃絡(luò)故障的原因分析［J］.高壓電器，2007 (1):74－76.

［6］慕世友，劉民，馮玉柱等.高壓交聯(lián)電纜現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)［J］.山東電力技術(shù)，2001 (2):8－10.

［7］張國光.交聯(lián)聚乙烯電纜及其現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)［J］.電氣時(shí)代，2004，(3):100－102.

［8］楊榮凱，徐昱.110 kV XLPE 電纜竣工試驗(yàn)故障分析與啟示［J］.高電壓技術(shù)，2004，30 (8):66－67.