一起110kV戶外氣體絕緣全封閉組合電器母線氣室支撐絕緣子故障分析

彭家琦 蒲 寅 劉 軍 趙明學(xué) 張金旭

（國(guó)網(wǎng)青海省電力公司海東供電公司，青海 海東 810600）

0 引言

隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，密集緊湊且占用空間較小的氣體絕緣全封閉組合電器（gas insulated switchgear, GIS）在變電站中的應(yīng)用越來越多，尤其多用于110kV及以上的變電站[1-5]。當(dāng)組合電器發(fā)生故障時(shí)，如何通過檢查和試驗(yàn)等方法快速發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理故障尤為重要[6-11]。

1 故障前變電站運(yùn)行方式

某 110kV變電站#1、#2主變于 2006年 12月10日正式投入運(yùn)行，容量分別為 40 000kV·A、31 500kV·A，高壓側(cè)采用內(nèi)橋接線方式，并與110kV GIS設(shè)備套管之間采用鋼芯鋁絞線連接，低壓側(cè)通過 10kV母線銅排及穿墻套管與開關(guān)柜進(jìn)線電纜相連，主變壓器高壓側(cè)為星形聯(lián)結(jié)方式，低壓側(cè)為三角形聯(lián)結(jié)方式。110kV GIS母線開關(guān)設(shè)備采用 SF6封閉組合電器，型號(hào)為 ZF6—126，生產(chǎn)日期 2004年12月，主母線及分支母線采用三相共筒式，其外殼采用鋁合金材料。故障發(fā)生前，110kV Ⅰ、Ⅱ段母線并列運(yùn)行，10kV、35kV Ⅰ、Ⅱ段母線分列運(yùn)行，#1主變帶35kV Ⅰ、Ⅱ段母線運(yùn)行，#2主變帶10kV Ⅰ、Ⅱ段母線運(yùn)行。

2 故障基本情況

2019年9月28日20:10，該110kV變電站#2主變高壓側(cè)發(fā)生 B相接地故障，110kV主變保護(hù)PST1200差動(dòng)速斷動(dòng)作，跳開#2主變進(jìn)線 110kV#1170開關(guān)、110kV母線分段#80開關(guān)、35kV側(cè)#52開關(guān)及10kV側(cè)#02開關(guān)。事故跳閘后10kV Ⅰ、Ⅱ段母線失壓，跳閘前負(fù)荷為 0，跳閘后負(fù)荷未發(fā)生改變。

3 故障檢查情況

2019年9月28日23:30，專業(yè)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)#2主變、110kV Ⅱ段母線所屬GIS設(shè)備、35kV Ⅱ段母線所屬設(shè)備、10kV Ⅱ段母線所屬設(shè)備進(jìn)行了外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。9月29日04:30變電運(yùn)維人員將#2主變轉(zhuǎn)為冷備用狀態(tài)，試驗(yàn)及檢修人員對(duì)變壓器本體、套管及導(dǎo)電接觸部位、非電量保護(hù)裝置、10kV母線橋及35kV母線進(jìn)行了全面檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，對(duì)10kV 開關(guān)柜內(nèi)母線及#02斷路器進(jìn)行內(nèi)部檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

二次運(yùn)檢人員迅速對(duì)主變保護(hù)裝置進(jìn)行故障錄波，具體如下。

1）#2主變PST1200差動(dòng)保護(hù)錄波如圖1所示。

圖1 #2主變差動(dòng)保護(hù)錄波

由圖1可知，故障發(fā)生時(shí)中、低壓側(cè)無故障電流，高壓側(cè)110kV蘭民Ⅱ回與110kV分段B相電流突變，有很大的故障電流，其最大值分別為Ib1max=27.68A、Ib2max=17.684A，且相位相同。

根據(jù)#2主變差動(dòng)保護(hù)錄波，可判斷#2主變區(qū)內(nèi)高壓側(cè)發(fā)生B相單相接地短路故障。

2）#2主變（高壓側(cè)套管電流）高后備PST1261保護(hù)錄波如圖2所示。

圖2 #2主變高后備保護(hù)錄波

由圖 2可知，故障發(fā)生時(shí)#2主變高壓側(cè)套管無故障電流，說明故障發(fā)生在主變高壓側(cè)套管 CT以外。

3）110kV蘭民Ⅱ回線路保護(hù)錄波如圖3所示。

圖3 110kV蘭民Ⅱ回線路保護(hù)錄波

由此可以畫出如圖4所示的相量圖。

圖4 110kV蘭民Ⅱ回線路保護(hù)電壓、電流相量圖

故障發(fā)生時(shí)線路 B相電流突變，其最大值Ibmax=38.965A，零序電流超前約75°，故障電流由線路流向母線，其特征是典型的B相反方向單相接地故障。

綜合以上3個(gè)保護(hù)錄波文件分析結(jié)果，可得出故障點(diǎn)位于高壓側(cè)套管引出線B相、110kV蘭民Ⅱ回#1170開關(guān)與110kV分段#80開關(guān)B相之間。

試驗(yàn)人員在同一時(shí)間對(duì)#2主變及110kV Ⅱ母所屬設(shè)備進(jìn)行了診斷性試驗(yàn)。經(jīng)檢測(cè)，#2主變直阻、絕緣、介質(zhì)損耗、有載開關(guān)過渡電阻及波形、主變本體油試驗(yàn)均合格，鑒于事故前，該地區(qū)有雷雨天氣，試驗(yàn)人員對(duì)全站地網(wǎng)及導(dǎo)通進(jìn)行了測(cè)試，均良好，對(duì)故障段GIS母線所屬設(shè)備進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試，具體結(jié)果見表1。

表1 絕緣電阻測(cè)試

從表1可以看出，所屬各相一次設(shè)備絕緣電阻均在合格范圍內(nèi)，試驗(yàn)人員對(duì)相關(guān)氣室進(jìn)行了微水及六氟化硫組分測(cè)試，具體結(jié)果分別見表2及表3。

表2 微水測(cè)試

表3 六氟化硫組分測(cè)試

通過上述氣體試驗(yàn)分析，并結(jié)合保護(hù)錄波圖，可以判斷出故障位于110kV Ⅱ段母線氣室內(nèi)，檢修人員在廠家人員的配合下，對(duì)110kV Ⅱ段母線氣室進(jìn)行開蓋檢查，發(fā)現(xiàn) 110kV Ⅱ段母線 PT間隔下方母線罐體內(nèi)，B相導(dǎo)體支撐絕緣子被擊穿，支撐絕緣子底座及罐體內(nèi)壁有明顯電弧灼傷痕跡，具體如圖5所示，氣室罐壁附著有白色粉塵，A、C相導(dǎo)電桿及支撐絕緣子無異常。

2019年10月4日，檢修人員對(duì)故障筒體進(jìn)行解體，拆除故障段母線筒內(nèi)部導(dǎo)體及支撐絕緣子。檢查故障絕緣子表面、硬母線導(dǎo)電桿、絕緣盆內(nèi)部表面有電弧放電痕跡，絕緣子上下嵌件分離，具體如圖6所示。

圖5 故障支撐絕緣子

圖6 故障支撐絕緣子、導(dǎo)電桿及絕緣盆

檢查110kV Ⅱ段母線其他部位，動(dòng)觸桿、靜觸頭清潔無損傷。檢修人員現(xiàn)場(chǎng)更換故障段氣室同一橫截面三相3只支撐絕緣子；打磨修復(fù)拋光導(dǎo)體及筒體內(nèi)壁，清理檢查兩側(cè)絕緣盆子，對(duì)3只主導(dǎo)體分解清洗檢查，設(shè)備回裝后充氣至額定氣壓并靜置24h后，試驗(yàn)人員進(jìn)行了微水、六氟化硫純度、主回路電阻測(cè)試，測(cè)試結(jié)果均符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范。常規(guī)試驗(yàn)合格后進(jìn)行了交流耐壓試驗(yàn)，1min，184kV順利通過，投入運(yùn)行后，設(shè)備運(yùn)行正常。

4 故障原因分析

2019年 9月 28日 20:10，該 110kV變電站#2主變故障跳閘，根據(jù)氣象局發(fā)布的信息和電網(wǎng)雷電智能檢測(cè)系統(tǒng)可知，故障前該變電站所處地區(qū)共有兩個(gè)落雷點(diǎn)，落雷時(shí)間與站內(nèi)故障時(shí)間吻合，落雷點(diǎn)A距110kV蘭民Ⅱ回5 100m，落雷點(diǎn)B距110kV蘭民Ⅱ回6 300m。110kV蘭民Ⅱ回輸電線路遭受雷擊，雷電波侵入變電站GIS設(shè)備，引起過電壓，雖然GIS設(shè)備有避雷器防止過電壓，故障前后，B相避雷器計(jì)數(shù)器數(shù)值分別為107和109，但GIS設(shè)備已經(jīng)運(yùn)行13年之久，內(nèi)部的雜質(zhì)顆粒吸附于支撐絕緣子表面，在雷電殘壓等的作用下，導(dǎo)致110kV Ⅱ段母線PT間隔下方母線筒體內(nèi)的B相導(dǎo)體支撐絕緣子表面形成放電通道，引起母線短路故障，上嵌件經(jīng)支撐絕緣子電弧通道對(duì)下嵌件放電，導(dǎo)致支撐絕緣子擊穿灼燒，支撐絕緣子與導(dǎo)體相連部位產(chǎn)生放電痕跡，絕緣子底座與筒體內(nèi)壁產(chǎn)生放電痕跡。短路電流引起保護(hù)裝置動(dòng)作，#2主變?nèi)齻?cè)開關(guān)及110kV分段開關(guān)動(dòng)作。

5 結(jié)論

通過本次故障處理，提出以下建議：

1）在設(shè)備監(jiān)造時(shí)，嚴(yán)格把關(guān)各出廠試驗(yàn)項(xiàng)目，監(jiān)督廠家務(wù)必做全做細(xì)，在設(shè)備安裝和調(diào)試時(shí)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備對(duì)接等工藝流程控制，確保安裝環(huán)境達(dá)標(biāo)，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程要求進(jìn)行。

2）在進(jìn)行例行試驗(yàn)時(shí)，對(duì)運(yùn)行時(shí)間超過10年的GIS設(shè)備，適當(dāng)縮短檢測(cè)周期，在開展特高頻、超聲波測(cè)試的同時(shí)，進(jìn)行六氟化硫組分測(cè)試。

3）建議在GIS設(shè)備加裝特高頻在線檢測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)GIS設(shè)備運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除隱患，避免引起設(shè)備及人身事故。

4）建議廠家生產(chǎn)人員在設(shè)備出廠前仔細(xì)檢查做好各相關(guān)部件的材質(zhì)分析，確保零部件質(zhì)量均過關(guān)。

5）對(duì)雷電多發(fā)地區(qū)變電站裝設(shè)雷電定位系統(tǒng)，裝設(shè)獨(dú)立避雷針，并進(jìn)行防雷技術(shù)研究。