500 kV變電站開關(guān)故障探析與防治措施

胡永鑫

摘 ?要：詳細(xì)分析了變電站開關(guān)故障的原因，及時采取有效的措施對故障進行治理，能保證變電站的正常運行，這對變電站的發(fā)展有著重要的意義。以某500 kV變電站開關(guān)運行故障分析處理為例，對出現(xiàn)的套管爆裂情況展開了分析，判定開關(guān)故障問題是由套管瓷套的質(zhì)量問題和法蘭處防水膠老化引起的，并提出了相應(yīng)的防治措施。

關(guān)鍵詞：負(fù)荷電流;繼電保護;變電站;法蘭

中圖分類號：TM711 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.080

隨著我國經(jīng)濟的不斷增長，人們的生產(chǎn)和生活對電能的要求越來越高。雖然變電站在各地得到了良好的發(fā)展，但在變電站的運行中，一些故障會對變電站的穩(wěn)定性和安全性造成影響，比如開關(guān)故障問題。因此，如何分析此類問題并采取合理、有效的措施十分重要。下面結(jié)合實例對此問題進行討論、分析。

1 ?事故概況

2010年初，某500 kV變電站5023開關(guān)C相母線側(cè)套管爆裂，造成母線接地短路、保護動作跳閘切斷故障。經(jīng)現(xiàn)場檢查確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)5023開關(guān)C相母線側(cè)套管爆裂。

2 ?同型號瓷套試驗結(jié)果

事故發(fā)生后，組織相關(guān)單位對故障瓷套同批次12只瓷套進行了相關(guān)性能強度的試驗，同時，對其中的3只瓷套和現(xiàn)場的5只瓷套進行了超聲探傷檢測，檢測結(jié)果如圖1所示。

圖1 ?瓷套超聲波檢測結(jié)果

2.1 ?超聲波探傷檢測結(jié)果

通過對5023開關(guān)C相線路側(cè)、5052開關(guān)A相兩側(cè)和B相兩側(cè)、5021開關(guān)C相兩側(cè)和B相一側(cè)共8只瓷套進行了超聲波檢測，發(fā)現(xiàn)瓷套內(nèi)壁有裂紋缺陷的1只，瓷套內(nèi)部和近內(nèi)壁有缺陷的5只，瓷套內(nèi)部有點狀缺陷的1只，未發(fā)現(xiàn)缺陷的1只。瓷套缺陷率達(dá)87.5%，且75%的瓷套缺陷發(fā)現(xiàn)于瓷套內(nèi)部和近內(nèi)壁。由此可見，瓷質(zhì)本身存在缺陷。

2.2 ?性能強度試驗結(jié)果

檢查12只瓷套后發(fā)現(xiàn)，其均存在防水膠剝離的狀況，同時，發(fā)現(xiàn)釉下有燒缺凹坑的3只，釉面有針孔和波紋的4只，釉面有裂紋的1只，部分缺陷已超過GB/T 772對內(nèi)表面缺陷規(guī)定的最大值，屬不合格產(chǎn)品。

對6只瓷套進行了水壓試驗，3只起始爆裂處位于瓷與下法蘭交界處，1只位于瓷套上法蘭與瓷交界處。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，法蘭與瓷黏結(jié)不良。該試驗僅有4只瓷套通過，合格率為66.67%，水壓試驗缺陷的具體情況如圖2所示。

對6只瓷套進行了彎曲試驗，6只瓷套均通過了試驗，破壞值最低為45.6 kN。其中，底部法蘭處破裂的有5只，占83.3%.此外，有1只在距上法蘭盤0.6 m處有橫向斷裂。部分彎曲試驗結(jié)果如圖3所示。

對12只瓷套進行了孔隙性試驗，每只瓷套取3個樣，分別取自瓷套上法蘭處、下法蘭處和瓷套中間黏接處。將取樣置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的品紅酒精溶液中，加壓30 MPa，靜置6 h后砸開試樣察看滲透性。12只瓷套均未發(fā)現(xiàn)明顯的滲透點。通過上述一系列試驗表明，本批產(chǎn)品膠合劑的配比、膠裝工藝控制存在較大問題——隨著時間的推移，膠合劑收縮過大，易造成界面分離、結(jié)合不牢、自身崩塊，導(dǎo)致實際膠裝比偏離設(shè)計要求，在正常運行過程中的瓷件也可能出現(xiàn)裂紋。同時，反映出本批產(chǎn)品在制造過程中的原料精細(xì)化處理不足。

圖2 ?水壓試驗結(jié)果

圖3 ?彎曲試驗結(jié)果

3 ?故障原因分析和存在的問題

根據(jù)對故障瓷套的檢查分析發(fā)現(xiàn)，故障瓷套膠裝區(qū)域存在黏合不良等缺陷。在長期運行中，因應(yīng)力集中，瓷套下部內(nèi)壁產(chǎn)生裂紋，在交變溫度等應(yīng)力作用下，裂紋逐步擴展，瓷套剩余壁厚無法承受壓力，最終導(dǎo)致瓷套爆裂。在瓷套的爆裂過程中，導(dǎo)電桿隨頂部法蘭向外飛出、導(dǎo)電桿離開觸頭座后、負(fù)荷電流產(chǎn)生電弧、產(chǎn)生的金屬蒸汽造成絕緣下降、導(dǎo)電桿對CT筒內(nèi)壁發(fā)生對地放電、繼電保護動作。

在導(dǎo)電桿向外飛出的過程中，對內(nèi)屏蔽筒邊沿和內(nèi)側(cè)放電;導(dǎo)電桿緊貼內(nèi)屏蔽筒內(nèi)壁繼續(xù)向外運動，導(dǎo)致內(nèi)屏蔽筒帶高電位，造成其外壁和外屏蔽筒內(nèi)壁連續(xù)放電，留下蛇形燒蝕痕跡，直至各個開關(guān)開斷后結(jié)束，電弧熄滅。

開關(guān)跳閘1.2 s后，相連電廠側(cè)開關(guān)C相重合。此時，5023開關(guān)內(nèi)部氣體已泄漏，同時，開關(guān)內(nèi)部充滿金屬蒸汽，造成線路側(cè)梅花觸頭對罐體放電，5022和5023（已在分位）開關(guān)三相跳閘，全部故障過程結(jié)束。

經(jīng)分析認(rèn)為，因?qū)щ姉U除觸頭部分外，其余部位均無對地短路放電痕跡，所以，可以排除因開關(guān)套管內(nèi)部短路引起壓力

升高，進而造成瓷套爆裂的可能，可斷定該故障主要是由產(chǎn)品質(zhì)量低所致。此次故障暴露出以下問題：①該變電站5023開關(guān)C相母線側(cè)瓷套存在嚴(yán)重的質(zhì)量問題，在長期運行后發(fā)生爆裂;②瓷套法蘭處防水膠存在老化問題，目前，缺乏相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對防水膠的使用年限進行規(guī)定，廠家也未提供相關(guān)數(shù)據(jù)。

4 ?防范措施

為了防止類似故障再次發(fā)生，建議從下列措施入手，嚴(yán)把產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)：①由于該批次瓷套存在嚴(yán)重的質(zhì)量問題，應(yīng)對該單位生產(chǎn)的瓷套進行更換。②制造廠家應(yīng)加強對瓷套的入廠檢測、出廠試驗和現(xiàn)場安裝等各個環(huán)節(jié)的全過程質(zhì)量控制，嚴(yán)格把關(guān)，采取完善的措施確保瓷套完好投運。③對在運500 kV罐式斷路器進行超高頻局部放電普測，檢測可能存在的瓷套和罐體內(nèi)部異常放電現(xiàn)象;對套管進行紫外成像普測，判斷瓷套是否存在異常放電和電暈。④積極開展支柱絕緣子和瓷套超聲波檢測技術(shù)研究和相關(guān)方法的應(yīng)用，正確診斷、發(fā)現(xiàn)瓷套缺陷和隱患。⑤鑒于瓷套法蘭處存在防水膠老化問題，應(yīng)對在運設(shè)備進行排查，更換嚴(yán)重老化的防水膠，以杜絕隱患。

5 ?結(jié)束語

綜上所述，開關(guān)故障問題會嚴(yán)重影響變電站的正常運行。要想解決這類問題，就要使用質(zhì)量過關(guān)的產(chǎn)品施工，在使用過程中做好定期維護和修理，保證各部分工件處于正常狀態(tài)。只有這樣，才能保證變電站的正常、穩(wěn)定運行，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕

Fault Analysis and Control Measures for 500 kV Substation Switches

Hu Yongxin

Abstract： This paper analyzes the causes of the substation switch failure to take timely and effective measures for fault management， to ensure the normal operation of the substation， which is the development of great significance substation. Taking a 500 kV switching substation operational failure analysis and processing， for example， on the casing burst Expand situation analysis， determined that the switch fault problem is caused by the quality of porcelain sleeve and flange caused by the aging of the waterproof glue and made appropriate control measures.

Key words： load current; relay protection; substation; flange