一起500 kV GIS斷路器內部放電故障分析及處理

沈瀟涵，韓 翊，華 濤

（國網山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 250018）

0 引言

近年來，氣體絕緣金屬封閉開關設備（Gas Insulated Switchgear，GIS）被廣泛應用于國內新投運變電站中，具有絕緣性能優(yōu)良、可靠性高、占地面積小、維護工作量少等優(yōu)點［1］。因其全封閉的特點，GIS在實際運行過程中會出現密封不良、內部放電等隱患、缺陷難以及時發(fā)現而導致設備故障跳閘，嚴重危害電網安全運行［2］。

本文結合一起500 kV GIS斷路器內部異物放電故障的典型案例，通過現場檢查、故障后試驗、返廠解體，分析了故障原因，制訂了處理方案并提出了預防措施。

1 事故概況

2020年某日，某500 kV變電站執(zhí)行3號主壓變器（以下簡稱主變）停電倒閘操作處理A相鐵芯接地瓷瓶漏油缺陷。7：20，在拉開3號主變5041開關約13 s后（主變高壓側5041、5042開關、中壓側203開關、低壓側303開關已拉開，主變處于熱備用狀態(tài)），500 kV 1號母線及3號主變主保護動作，一串聯(lián)絡5012開關和500 kV線路5051開關跳閘，故障電流為12 kA，造成500 kV 1號母線跳閘，未損失負荷。6天后恢復送電。

經檢查分析確認，該跳閘由主變高壓側5041開關C相內部異物放電引起。故障段GIS斷路器額定電流為5 kA。

2 現場檢查及返廠試驗

用SF6成分分析儀測試，發(fā)現主變高壓側5041開關C相氣室SO2含量為43.57μL/L（標準值為1μL/L），H2S 含量為 1.64 μL/L（標準值為 1 μL/L）［3-5］，其他氣室無異常。判斷故障點在主變高壓側5041開關C相氣室。主變高壓側5041開關氣室布置如圖1所示。

圖1 主變高壓側5041開關氣室布置圖

現場打開主變高壓側5041開關C相手孔蓋板，發(fā)現機構側滅弧室動觸頭屏蔽罩外沿對罐體放電，如圖2所示。通過蓋板只能檢查局部情況，需返廠解體分析。

圖2 C相機構側動觸頭屏蔽罩

經返廠解體，對主變高壓側5041開關故障相（C相）解體并將滅弧室移出，逐件拆解檢查。高壓側放電點為機構側滅弧室屏蔽罩末端下方位置，低壓側放電點為拔口位置，手孔蓋的吸附劑罩上有金屬滴熔物，如圖3所示。

圖3 放電點的情況

在殼體放電點周圍、靠近機構側和遠離機構側滅弧室屏蔽罩內發(fā)現黑色條狀物，能用磁鐵吸住，如圖4所示。

圖4 解體檢查發(fā)現的金屬異物

罐體內壁、靠近機構側滅弧室內壁上附著有大量白色絮狀物，為白色氟化物附著在細絲上，如圖5所示。

圖5 解體檢查發(fā)現的白色絮狀物

其他位置如絕緣拉桿、絕緣盆等絕緣件外觀無異常，滅弧室動靜觸頭外觀無異常，動觸頭鐵拉桿、泄壓閥及護板外觀無異常，罐體內緊固件無缺失、松動，除放電點外屏蔽罩外觀無異常。

利用手持式合金成分分析儀分析金屬異物成分，并與可疑元件進行對比。由于異物成分較少，將異物置于白紙上進行探測，結果如表1所示。

表1 金屬異物成分分析結果

經成分分析，3種金屬異物均含有鉻（Cr）、鉬（Mo）元素，而屏蔽罩接頭、長螺桿沒有鉬元素，經查詢圖紙和檢測確認，斷路器氣室內其他鐵磁性部件均不含鉬元素。因此，判斷金屬異物來自動觸頭鐵拉桿。

3 原因分析

經解體檢查分析，發(fā)現氣室內存在白色絮狀物、金屬異物兩種異物。

1）白色絮狀物。白色氟化物附著在細絲上，形成白色絮狀物，且細絲用打火機點燃即消失，為非金屬物質。判斷吸附劑罩內分子篩袋受電弧高溫產生細絲，隨氣流流動并附著于內壁上；白色氟化物在電弧作用下汽化，冷卻后凝結在細絲上，形成白色絮狀物。因此，細絲不是故障的根本原因。

2）金屬異物。從殼體放電點附近、靠近機構側滅弧室屏蔽罩內、遠離機構側滅弧室屏蔽罩內發(fā)現金屬異物，均為鐵磁性材料。

安裝時，斷路器氣室未曾打開，排除金屬異物進入可能。現場充氣采用帶過濾嘴充氣閥，不存在異物進入可能。

斷路器氣室含有鐵元素的零部件有滅弧室動觸頭鐵拉桿、泄壓閥及護板，屏蔽罩固定接頭、長螺桿，輔助絕緣拉桿兩側緊固螺栓以及其他緊固螺栓等。為此，對返廠斷路器的上述部件逐個檢查，未發(fā)現任何零部件有損壞、缺失情況，排除運行過程中斷路器分、合產生該金屬異物的可能性［6-8］。

生產廠家進行斷路器200次機械操作時，滅弧室安裝在工裝罐中且不加裝屏蔽罩，200次磨合后拆裝清理滅弧室，再加裝屏蔽罩，完成總裝?；诖朔N方式以及鐵磁性零部件加工工藝，判斷金屬異物可能產生原因有兩種：一是屏蔽罩接頭安裝過程清理不徹底。200次機械操作后安裝屏蔽罩時，采用從外部將屏蔽罩長螺桿固定在屏蔽罩接頭上，此過程中可能產生金屬異物，總裝后若清理不徹底會導致異物遺留。二是動觸頭鐵拉桿底部螺紋處，精加工過程中容易產生條狀金屬屑，工藝要求清理螺紋連接處尖角毛刺，磷化后用硅脂涂抹螺紋縫隙，若清理不干凈將導致金屬屑隱藏在螺紋縫隙中。

綜上分析，主變高壓側5041開關動觸頭鐵拉桿在精加工后，少量金屬異物藏匿于螺紋縫隙；生產廠家200次機械操作、裝配過程中未清理干凈，廠內及現場絕緣試驗無法有效發(fā)現。運行過程中，滅弧室開斷電流的高溫氣體將該異物吹至罐體上，在電動力作用下，條狀金屬異物位置發(fā)生改變，移動至屏蔽罩與罐體之間絕緣薄弱位置，導致屏蔽罩對罐體放電。

4 處理意見及防范措施

針對此次事故暴露出的制造工藝不精、產品質量欠佳的問題，提出以下處理意見及防范措施。

1）針對斷路器內部異物放電，在生產制造環(huán)節(jié)開展試驗驗證，一是驗證罐體金屬異物能否放電，二是驗證屏蔽罩內金屬異物能否被吹出放電，三是驗證滅弧室動觸頭鐵拉桿內部異物能否被吹出。

2）加強500 kV GIS設備帶電檢測，縮短檢測周期，針對斷路器底部開展金屬異物的超聲波局部放電專項檢測［9-11］。若發(fā)現異常信號，立即停電檢查。

5 結語

本文針對一起500 kV GIS斷路器內部異物放電故障，結合現場檢查及設備返廠解體情況，明確了故障原因，分析了故障過程，針對暴露的問題提出了有針對性的預防措施，以保證GIS設備安全運行。