一起220 kV 氣體絕緣組合電器耐壓試驗內(nèi)部閃絡(luò)原因分析

嚴 智

（國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司，山西 太原 030006）

0 引言

氣體絕緣全封閉組合電器GIS（gas insulated substations） 導(dǎo)體全部密封于惰性SF6氣體罐體中，不與外部接觸，不受外部環(huán)境的影響，大大提高了可靠性；同時，對罐體內(nèi)部潔凈度要求也相應(yīng)提高，內(nèi)部雜質(zhì)特別是金屬顆?？赡軐?dǎo)致閃絡(luò)、放電甚至擊穿的故障。分析放電原因?qū)τ谔岣逩IS 設(shè)備及電網(wǎng)運行可靠性、安全性，降低損失意義重大。GIS 設(shè)備內(nèi)部放電包括殼體及盆式絕緣子閃絡(luò)及支持絕緣子的沿面閃絡(luò)甚至擊穿，其中，沿面放電發(fā)展呈現(xiàn)出電暈放電、電暈放電和沿面流注放電共存、沿面流注放電3 個主要階段[1]。

本文圍繞某變電站220 kV GIS 交接耐壓試驗中D26 與D27 間隔之間Ⅳ母編號為F15045120 的母線擊穿現(xiàn)象，通過解體觀察、試驗驗證，分析了導(dǎo)致?lián)舸┑脑?，給出了相應(yīng)的預(yù)防措施。

1 GIS 耐壓試驗內(nèi)部故障類型

GIS 罐體及導(dǎo)體由于制造、運輸及安裝過程中的絕緣件內(nèi)部缺陷、磕碰、絕緣件間隙過大等問題，都可能導(dǎo)致GIS 內(nèi)部電場強度畸變，局部場強變大，致使局部絕緣被擊穿放電，繼續(xù)發(fā)展后其放電通道逐步延伸，最終成為貫穿相間或相對地的導(dǎo)流通道，造成設(shè)備嚴重損壞。

1.1 自由顆粒放電

GIS 通電運行時，內(nèi)部將產(chǎn)生一個交流電場，自由金屬顆粒受到電場力的作用，顆粒重力的反方向上的分量大于顆粒重力時，該顆粒就會進入罐體。由于交流電場場強大小和方向會發(fā)生變化，當重力反方向上的分量低于自身重力或者受到反方向的電場力時，自由金屬顆粒落下。由于電場的正弦量關(guān)系，金屬顆粒將隨著電壓大小和方向的變化往復(fù)運動，直至臨界位置或者運動至電場強度較低的區(qū)域靜止落下[2]。絕緣子表面金屬自由顆粒是內(nèi)部絕緣故障最常見的類型，這種缺陷使得絕緣子的表面閃絡(luò)電壓明顯降低，存在較大的潛在危害[3-4]。

1.2 絕緣子空隙和樹枝化放電

絕緣子表面的空隙或者裂縫以及電極鑄件上的分層里面都會有SF6氣體，局部電場強度增大時會造成擊穿。如果產(chǎn)生自由電子，就會發(fā)生放電并在絕緣子表面產(chǎn)生位移電流或者在電極與絕緣子墊片間發(fā)生火花放電。這兩種過程都可以利用局部放電檢測裝置檢測出來。通過恰當?shù)脑O(shè)計和生產(chǎn)過程優(yōu)化可以消除絕緣子空隙和電極鑄件上的分層。因此，這種故障的發(fā)生基本可以忽略不計。這些GIS 的絕緣缺陷類型極有可能會在GIS中產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，在絕緣體中的局部放電甚至?xí)g絕緣材料，進一步發(fā)展成電樹枝，并最后導(dǎo)致絕緣被擊穿[5]。

1.3 電暈放電

導(dǎo)體、金屬殼體以及接地極不均勻部位（如凸起、毛刺等） 會引起周圍電場不均勻并發(fā)生畸變，其強度大于SF6絕緣強度89 kV/cm 的臨界值時就會產(chǎn)生電暈放電。電暈放電不會直接導(dǎo)致GIS設(shè)備的擊穿，但若持續(xù)運行，尖端放電會與SF6氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使氣室內(nèi)氣體的絕緣強度逐步降低，最終導(dǎo)致氣體被擊穿。

2 試驗驗證

2.1 故障現(xiàn)象

220 kV GIS 設(shè)備耐壓試驗。1 號主變壓器220 kV 側(cè)D07 間隔U 相套管加壓，V、W 兩相接地升壓至460 kV，進行耐壓1 min 試驗。在升壓至460 kV 過程中，升壓至392 kV 時D07 間隔U相套管發(fā)生閃絡(luò)。再次對U 相加壓，電壓升到335 kV 放電，此時根據(jù)聲音初步判斷可能是Ⅳ母母線發(fā)生放電。后對Ⅳ母進行試驗，從4 號主變220 kV 側(cè)D19 間隔U 相加壓，第一階段145 kV老練，加壓到 4 min 時發(fā)生放電，隨后再進行加壓，127 kV 時發(fā)生放電，然后對W 相進行試驗，在電壓升到 170 kV 時發(fā)生放電，判斷擊穿處位于D26 至D27 的間隔之間。

2.2 解體觀察

解體發(fā)現(xiàn)三相導(dǎo)體對應(yīng)絕緣件對接口處有集中燒蝕痕跡，支撐絕緣件表面有明顯的貫穿性閃絡(luò)痕跡，并且在絕緣件中間交匯。

2.3 試驗驗證

為了檢測導(dǎo)致該段母線異常的原因，對該結(jié)構(gòu)進行了如下處理。

a） 檢查導(dǎo)體表面和殼體內(nèi)部，無磕碰損傷等質(zhì)量異常。

b） 三相導(dǎo)體對接槽處均存在燒蝕點且分布集中并與絕緣件上放電通道對應(yīng)，同時絕緣件上電弧通道貫穿整個絕緣件（三相嵌件貫穿），由此可判斷該燒蝕點應(yīng)為電弧燒蝕導(dǎo)致，而非磕碰形成。

c） 由于放電位置為三相支撐絕緣件，需重點確認絕緣件的外部結(jié)構(gòu)，但絕緣件外部結(jié)構(gòu)除表面存在明顯的放電通道外，并沒有發(fā)現(xiàn)任何磕碰、損傷、裂紋等異常。為了進一步確定絕緣子內(nèi)部是否存在缺陷，對絕緣子采用X 射線進行探傷檢測，探傷檢測結(jié)果表明，絕緣子內(nèi)部無氣泡、裂紋和雜質(zhì)等缺陷。

d） 對絕緣子表面放電痕跡用砂紙和酒精進行清理，發(fā)現(xiàn)痕跡被全部清除，無內(nèi)部擊穿缺陷，由此可判斷此絕緣失效為絕緣子的沿面閃絡(luò)。

e） 驗證絕緣子的電氣絕緣性能。將原母線、導(dǎo)體等進行重新清理，將導(dǎo)體上電弧燒蝕點打拋光滑，并將原絕緣子（處理后） 裝配于原母線段，按照《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場交接試驗規(guī)程》（DL/T 618—2011）要求進行工頻耐壓和80%工頻局放試驗，試驗結(jié)果都合格（工頻耐壓施加電壓為460 kV，局放標準≤5 pC），最后按照出廠試驗要求進行三相1 050 kV 雷電沖擊正負各3 次試驗，原母線筒絕緣通過了試驗：編號F1504516339 002母線筒施加460 kV 額定工頻耐受電壓，在368 kV局部放電測量電壓1 min 作用下測試結(jié)果≤5 pC，測試全部合格。

3 原因分析

從解體后對內(nèi)部絕緣支撐進行試驗驗證來看，絕緣件本身并沒有缺陷，可推斷為交接試驗?zāi)蛪寒惓５脑驗榻^緣子表面附著異物導(dǎo)致。由于該段母線出廠時已經(jīng)過出廠試驗考核，綜合現(xiàn)場相關(guān)操作流程，判斷異物來源有以下途徑。

a） 此段母線是單獨運輸單元，現(xiàn)場需開蓋對接，在對接過程中有異物進入產(chǎn)品內(nèi)部，由于存在清理盲區(qū)無法清理徹底，在最后的SF6注氣過程中，異物被吹到絕緣子支撐表面。

b） 現(xiàn)場更換吸附劑的過程中，操作過程不規(guī)范，導(dǎo)致吸附劑罩表面存在異物，在抽真空和充氣過程中，異物“漂流”到絕緣支撐件表面。

c） 當母線帶電時，異物在電場的作用下，發(fā)生極化現(xiàn)象，變成附著在絕緣件表面的“金屬毛刺”，破壞了絕緣件表面的絕緣強度，縮短了相間的絕緣距離，在L1 相加壓至398 kV 時，L1 相對L2 相或L3 相發(fā)生了放電，此時已經(jīng)形成了放電通道；面對第二次加壓（330 kV），加劇了絕緣件表面的損壞程度，同時L1 相可能對另一相也發(fā)生了放電，從而形成了三相表面貫穿的放電通道。

4 結(jié)束語

本文圍繞某220 kV GIS 交接耐壓試驗異常情況，通過解體、試驗驗證，分析了內(nèi)部閃絡(luò)發(fā)生的原因，說明了金屬自由顆粒及導(dǎo)體毛刺產(chǎn)生的途徑?；谝陨戏治觯瑸楸ＷC設(shè)備的安全可靠運行，應(yīng)建立全過程的質(zhì)量管理機制，相關(guān)設(shè)備驗收應(yīng)前置，設(shè)備管理及基建單位應(yīng)對罐體、導(dǎo)體、絕緣件等關(guān)鍵部件制造質(zhì)量、關(guān)鍵工藝、車間環(huán)境進行重點把控，保證設(shè)備滿足出廠要求。同時，現(xiàn)場安裝過程中要求施工單位和廠家設(shè)置防塵棚等防塵措施，避免設(shè)備內(nèi)部放電隱患，降低損失。