一起GIS中支撐絕緣子絕緣缺陷導(dǎo)致的故障分析

張二龍

(中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東電力試驗(yàn)研究院， 安徽 合肥 230000)

0 引言

由于GIS設(shè)備采用金屬封閉SF6氣體絕緣方式，具有體積小、維護(hù)量小、不受外界環(huán)境影響、運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。近些年隨著GIS設(shè)備使用量逐年增加，因絕緣件故障而引起的停電事故時(shí)有發(fā)生。為了能夠保證設(shè)備持久穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)各類故障原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，避免同類故障再發(fā)生[1,2]。本文對(duì)一起GIS設(shè)備支撐絕緣子的故障原因進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并給出了下一步處理方法及建議。

1 案例介紹

2017年12月5日01時(shí)05分，某公司220 kV GIS甲線更換出線CVT檢修工作結(jié)束后，由對(duì)側(cè)變電站對(duì)甲線線路充電時(shí)對(duì)側(cè)變電站內(nèi)開關(guān)跳閘。

變電站開關(guān)跳閘前，該公司220 kV升壓站各個(gè)設(shè)備帶電情況：甲線2853斷路器停電，2號(hào)主變進(jìn)線、乙線、母線1 M、2 M均帶電。線路對(duì)側(cè)為無(wú)人值守變壓站。升壓站設(shè)備圖如圖1所示。

變電站故障錄波顯示故障點(diǎn)離變電站54公里處，即故障點(diǎn)為該公司升壓站內(nèi)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)初步檢查，甲線基塔外觀正常，無(wú)異物搭接；甲線出線避雷器及新更換的電容式電壓互感器外觀無(wú)異常,無(wú)放電、燒黑痕跡。

圖1 升壓站線路圖

甲線出線斷路器具體參數(shù)如表1所示。

表1 斷路器參數(shù)

1.1 繼電保護(hù)動(dòng)作檢查

變電站故障錄波顯示甲線A相電流突增至4573 A,母線電壓急劇下降至113 kV，蘇南站開關(guān)跳閘發(fā)生后，對(duì)超高壓線路保護(hù)報(bào)文進(jìn)行了查看，內(nèi)容如下：

2017年12月5日01時(shí)05分09秒570毫秒保護(hù)啟動(dòng)，11毫秒之后，電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，23毫秒后距離加速動(dòng)作。故障相別為A相，故障相電流值為1.92 A，故障零序電流為1.94 A，故障差動(dòng)電流為1.93 A。

1.2 接地故障點(diǎn)檢查

為查找本次事故的接地故障點(diǎn)，對(duì)甲線電容式電壓互感器、避雷器、出線套管進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示電容式電壓互感器及避雷器設(shè)備絕緣狀況良好，而出線套管三相絕緣電阻出現(xiàn)嚴(yán)重不平衡，A相絕緣電阻數(shù)據(jù)和B、C相比較，絕緣電阻值較低，三相絕緣電阻不平衡[3]。出線套管絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 氣體組分測(cè)試數(shù)據(jù)

遂進(jìn)一步對(duì)出線套管三相氣室氣體組分分別進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

通過(guò)出線套管三相氣體組分測(cè)試結(jié)果分析，A相SO2純度已經(jīng)達(dá)到9.5 μL/L，B、C相含有微量的SO2，初步分析A相出線套管內(nèi)部發(fā)生了嚴(yán)重的短路放電，繼而產(chǎn)生SO2氣體。同時(shí)由于事故發(fā)生后，未及時(shí)將A、B、C三相氣室的連通氣管閥門關(guān)閉，導(dǎo)致B、C相也有純度為0.3 μL/L的SO2存在。

測(cè)試結(jié)果顯示：A相中硫化氫的含量為43.1 ppm，二氧化硫的含量為100 ppm，正常運(yùn)行的設(shè)備中氣體不應(yīng)含有此類雜質(zhì)成分[4]。

1.3 解體檢查

拆解靠近墻體部分的母管時(shí)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部與導(dǎo)電桿連接的一支撐絕緣子有明顯的放電現(xiàn)象，放電的絕緣子為出墻外部的第二支絕緣子，具體放電位置如圖2、圖3所示。絕緣子有半部表面已經(jīng)燒黑，貫穿著絕緣子的兩極，放電痕跡從連著導(dǎo)電桿的高壓極延伸到連接著母線外殼的低壓極，母管內(nèi)表面也伴有短時(shí)大電流拉弧造成的燒傷痕跡。

圖2 管母放電位置圖示 圖3 內(nèi)部放電支撐絕緣子

2 故障原因分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的微水試驗(yàn)及解體檢查，排除了氣室內(nèi)部存在潮氣的問(wèn)題。

根據(jù)此GIS設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析，沿著導(dǎo)電桿走向的方向，導(dǎo)電桿金屬支座與支絕緣子固體絕緣材料的接觸位置場(chǎng)強(qiáng)最為集中，如圖4圈出的位置處。

圖4 支撐絕緣子外表面

GIS在組裝過(guò)程中，由于工藝要求不到位，會(huì)引入粉塵或金屬顆粒雜質(zhì)，如：在管母線或?qū)щ姉U等物件對(duì)接過(guò)程中，造成金屬部件摩擦而產(chǎn)生細(xì)微金屬顆粒或安裝現(xiàn)場(chǎng)潔凈度管控不嚴(yán)導(dǎo)致灰塵進(jìn)入；由于零部件生產(chǎn)加工時(shí)表面清洗不徹底，遺留有灰塵雜質(zhì)或金屬顆粒。設(shè)備帶電運(yùn)行后，這些灰塵、雜質(zhì)、金屬顆粒會(huì)在電場(chǎng)的作用下漂浮移動(dòng)，集聚在絕緣子表面場(chǎng)強(qiáng)集中的位置(上述導(dǎo)電桿金屬支座與固體絕緣材料的接觸位置)。隨著這些灰塵顆粒在絕緣子表面集中，表面電場(chǎng)發(fā)生嚴(yán)重畸變，從而使絕緣子表面的閃絡(luò)電壓大大降低[5-7]。

變電站對(duì)線路進(jìn)行充電過(guò)程中，對(duì)側(cè)開關(guān)合閘時(shí)，線路末端(即電廠側(cè))會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，該電壓峰值最大可達(dá)額定相對(duì)地電壓的1.7～1.8倍，具體數(shù)值與合閘角及對(duì)側(cè)斷路器同期特性有關(guān)。上述支持絕緣子的絕緣缺陷能承受運(yùn)行電壓下不發(fā)生閃絡(luò)放電，但因承受不住不利條件下合空載線路的過(guò)電壓最終導(dǎo)致沿面閃絡(luò)放電。

3 故障處理

故障點(diǎn)位置確定后，現(xiàn)場(chǎng)立即進(jìn)行了相關(guān)處理。首先對(duì)故障支撐絕緣子進(jìn)行了更換，殼體放電部位進(jìn)行打磨拋光噴漆處理。隨后對(duì)母線重新進(jìn)行對(duì)接安裝。安裝完成后進(jìn)行抽真空、充氣、靜置、氣體檢漏和微水及組分測(cè)試，最后進(jìn)行老練及耐壓測(cè)試。

4 結(jié)論

本次故障的主要原因是由于220 kV升壓站GIS設(shè)備甲線出線支撐絕緣子發(fā)生了沿面放電造成了開關(guān)跳閘發(fā)生。絕緣子表面場(chǎng)強(qiáng)分布不均勻，再加上帶電粒子的集中附著在絕緣子的表面，造成絕緣子表面閃絡(luò)電壓大大降低，最終開關(guān)合閘的瞬時(shí)，沿著絕緣子表面發(fā)生閃絡(luò)放電。

為防止此類問(wèn)題的再次發(fā)生，建議開展以下幾項(xiàng)工作：

(1) 對(duì)有相同結(jié)構(gòu)絕緣子的進(jìn)出線間隔進(jìn)行全面排查，掌握數(shù)量及安裝位置并做好備品備件工作；

(2) 對(duì)220 kV GIS各個(gè)進(jìn)出線間隔進(jìn)行超聲波及超高頻局部放電測(cè)試，對(duì)各個(gè)支撐絕緣子運(yùn)行中放電情況進(jìn)行全面診斷；

(3) 對(duì)運(yùn)行中的GIS各個(gè)氣室加強(qiáng)微水及組分監(jiān)測(cè)，并縮短檢測(cè)周期[8,9]。