一起500千伏氣體絕緣輸電線路耐壓擊穿原因分析及處理

文/鄧曲波

0 引言

氣體絕緣輸電線路（GIL）在我國一些水電站和核電站應用，具有輸送容量大、損耗小、使用壽命長、高可靠性和高安全性等突出特點。近年來，我國投入運行500kV 的電站在短距離輸送電時采用這種設備。由于全密封結構的GIL 造價成本高，內部故障情況無法直觀判斷，恢復供電慢，事故處理費用高，而且常用絕緣氣體SF6具有極強的溫室效應，這些缺點阻礙了GIL 在長距離輸送電線路網中的廣泛應用。

1 案例情況簡介

2020年7月，中國南方某核電站新安裝3號主變側500kV 的GIL 進行現(xiàn)場交接例行交流耐壓試驗，該產品型號為ELK-3型，由國內某開關有限公司生產。試驗方法參照國家標準GB/T 7674-2008《額定電壓72.5kV 氣體絕緣金屬封閉開關設備》、GB50150 - 2016《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》，以產品技術條件規(guī)定出廠試驗電壓值的80%作為現(xiàn)場耐壓試驗電壓，為592kV,三相分別從開關站GIL 側的試驗套管處進行加壓，試驗前在GIL 各段安裝擊穿定位儀?，F(xiàn)場試驗加壓路徑如圖1所示，試驗加壓程序為：318kV(2min)→400kV(10min)→500kV(5min)→59 2kV(1min)→381kV(局部放電測試)。

試驗結果：C 相耐壓未通過，第一次加壓至500kV 持續(xù)1分45秒時放電，第二次加壓至260kV時放電；B 相耐壓未通過，第一次加壓至587kV 時放電，第二次加壓至313kV 時放電，第三次加壓至286kV 時放電；A 相592kV 一分鐘耐壓試驗通過，局部放電測試完成，G01與G02隔盆連接處局部放電數為47.7dBμV，其他位置在23dBμV 左右。BC 兩相每次放電后復測絕緣電阻，其絕緣電阻值無明顯變化。

圖1 案例GIL試驗加壓路徑

2 案例GIL 擊穿原因調查

在試驗過程中，從現(xiàn)場布置的擊穿定位儀采集到較高的幅值數據如表1、表2所示。

表1 案例GIL C相疑似放電位置幅值數據

表2 案例GIL B相疑似放電位置幅值

從表1可看出，C 相安裝單元號SD10196至SD10197段的幅值均為最高，初步判斷該段內部絕緣可能被擊穿，判斷為主放電點，安裝單元號SD10211至SD10212段幅值較低，判斷為疑似放電點。從表2可看出，B 相安裝單元號SD10154至SD10155段的幅值均為最高，SD10164至SD10165段的幅值明顯減 弱，SD10176至SD10177段的幅值未發(fā)現(xiàn)異常信號，初步判斷SD10154至SD10155段內部絕緣可能被擊穿，判斷為主放電點，SD10164至SD10165段判斷為疑似放電點。另外，對B、C 相主放電點、疑似放電點分別對應的氣室進行了SF6氣體成份和純度分析，結果均未發(fā)現(xiàn)異常（見表3）。

表3 案例GIL SF6分解產物及純度

經分析，SF6分解產物成分及純度未超標，說明放電能量較低，少量分解產物可能被吸附劑所吸收。

2020年7月25日，經該核電站工程部、ABB廠家、安裝單位及試驗單位商討處理方案后，現(xiàn)場拆解各相的主放電點和疑似放電點所對應的安裝單元發(fā)現(xiàn)，B、C 兩相主放電點對應的氣室內部吸附劑盒子都掉落在管道底部，且吸附劑盒子在壓環(huán)位置整體斷裂，吸附劑顆粒散落在相鄰的管道內部，吸附劑盒、插接觸頭屏蔽罩、導體及殼體內壁均有明顯放電痕跡（見圖2）。B、C 相疑似放電位置未發(fā)現(xiàn)任何放電痕跡。

圖2 案例GIL B、C相放電情況

A 相疑似局放信號位置（SD10106和SD10107對界面處）發(fā)現(xiàn)吸附劑盒子環(huán)邊開裂，但未掉落，少許吸附劑顆粒散落在管道內部及盒子蓋上（見圖3），該位置的隔離絕緣盆子兩側均未發(fā)現(xiàn)放電痕跡。

圖3 案例GIL相吸附劑盒子環(huán)邊開裂

3 原因分析及處理

從現(xiàn)場解體結果來看，在壓環(huán)位置整體斷裂的塑料吸附劑盒子掉落在GIL 殼體內底部是造成本次耐壓擊穿事故的直接原因。吸附劑盒的掉落導致筒內由單純氣體絕緣變成氣體和固體的混合物絕緣，不同的介質形成了不同的介電常數，耐壓試驗時不均勻電場也隨之產生，第一次耐壓之后的放電電壓也降低。

經廠家技術人員確認，吸附劑盒子斷裂且掉落的原因是該位置安裝的堵蓋選配錯誤（見圖4）。

圖4 吸附劑盒子與堵蓋安裝

選配錯誤的堵蓋朝向吸附劑塑料盒安裝面有10°凸面，直徑為100mm（見圖5），這直接擠壓到塑料吸附劑盒環(huán)邊法蘭及吸附劑盒蓋上，塑料吸附劑盒環(huán)邊法蘭厚度約2mm，而法蘭環(huán)邊圓角過渡處壁厚小于2mm（見圖6），當朝向吸附劑塑料盒的金屬堵蓋經螺栓緊固時，其鎖緊壓力作用在塑料吸附劑盒環(huán)邊法蘭平面及其圓角過渡處，盒子被擠壓變形受損致使吸附劑盒子掉落。

圖5 案例GIL堵蓋結構

圖6 案例GIL吸附劑盒結構

經廠家更正后，堵蓋在設計上朝向吸附劑塑料盒的安裝面設計為平面，且加工深度為2.3mm 的凹面，直徑為116mm（見圖7），堵蓋平面與塑料吸附劑盒法蘭邊沒有壓迫接觸，兩者間隙有0.6mm（見圖8），避免了堵蓋螺栓緊固時的擠壓力。更正后的塑料吸附劑盒與堵蓋選配實物見圖9。

圖7 更正后的GIL端蓋設計

圖8 GIL端蓋與吸附劑盒安裝

圖9 更正后的GIL堵蓋與吸附劑盒實物

4 GIL 耐壓擊穿防范措施

總結上述分析可知，吸附劑盒斷裂掉落是導致案例事故的直接原因。3號主變側GIL 母管吸附劑裝置因所有堵蓋選型錯誤，需將所有堵蓋（共24個）進行重新更換。應業(yè)主要求，將GIL 母管所有氣室SF6氣體全部回收，按照實際回收的順序依次對所有氣室的堵蓋和吸附劑盒進行更換，更換完成的氣室及時進行抽真空、充氣、檢漏及微水純度檢測處理。近年來，某開關公司生產的GIL 在全國范圍內都得到廣泛應用，本文案例事故源于吸附劑選配錯誤，廠家暫時認定為個例事件。為防止類似設備故障影響電網安全穩(wěn)定運行，建議已使用或即將使用此類產品的電站加強監(jiān)控，必要時盡量配合檢修，逐步確認及更換缺陷產品；同時建議制造廠嚴格對生產工藝、產品質量及現(xiàn)場配合技術安裝嚴格把關，防止缺陷產品應用到運行設備中，避免設備在運行中發(fā)生事故。

2020年9月，本文案例中的核電站將吸附劑盒進行更換處理后對GIL 重新進行交流耐壓試驗，試驗過程未出現(xiàn)放電現(xiàn)象。本文通過對新安裝GIL 在例行高壓試驗時出現(xiàn)的放電現(xiàn)象進行實例事故分析，希望能夠供廣大GIL 用戶和試驗人員參考借鑒。