一起GIS閃絡(luò)故障原因分析

一起GIS閃絡(luò)故障原因分析摘要：GIS設(shè)備全封閉結(jié)構(gòu)導(dǎo)致故障檢查相對(duì)復(fù)雜，應(yīng)聯(lián)合多種手段以快速準(zhǔn)確判斷出故障原因，保證設(shè)備安全。本文介紹了一起某變電站GIS閃絡(luò)故障，針對(duì)氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（GIS）開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)擊穿的問(wèn)題，通過(guò)采用多種測(cè)試方式，查找故障點(diǎn)，判斷故障原因，最終發(fā)現(xiàn)故障原因，可為防止類(lèi)似事故的發(fā)生和處理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：GIS；故障原因；導(dǎo)電桿；故障分析

引言

近年來(lái)，隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（GIS）以其結(jié)構(gòu)緊湊、占地空間小、操作簡(jiǎn)單以及安全可靠性高等優(yōu)點(diǎn)在變電站中得到了廣泛的應(yīng)用。但GIS在應(yīng)用中也存在一系列的問(wèn)題，例如當(dāng)GIS出現(xiàn)故障時(shí)，事故影響范圍大且處理周期長(zhǎng)，嚴(yán)重影響著變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，對(duì)于GIS必須要求嚴(yán)格開(kāi)展交接試驗(yàn)，以發(fā)現(xiàn)潛在故障并及時(shí)整改，同時(shí)開(kāi)展帶電檢測(cè)技術(shù)，在投運(yùn)后采用帶電檢測(cè)的方式定位故障點(diǎn)，判斷故障類(lèi)型，以確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文以某變電站氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（GIS）閃絡(luò)故障為例，從故障經(jīng)過(guò)、故障查找、故障分析等方面進(jìn)行了介紹，可為之后的交接試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)安裝提供了經(jīng)驗(yàn)。

1.GIS內(nèi)部常見(jiàn)缺陷分析

GIS是封閉式設(shè)備，其內(nèi)部由于安裝或運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡、金屬顆粒等雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致GIS設(shè)備試驗(yàn)及運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)缺陷，顆粒的跳動(dòng)以及固體材料的微小振動(dòng)會(huì)發(fā)出超高頻或超聲波信號(hào)，因此在不停電檢修的前提下，通過(guò)采用檢測(cè)超聲波與超高頻信號(hào)的方式觀測(cè)GIS內(nèi)部缺陷類(lèi)型及缺陷的嚴(yán)重程度[1]。

GIS內(nèi)部缺陷中，經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷類(lèi)型包括電暈放電、懸浮放電、自由金屬顆粒放電、空穴放電、沿面放電等放電現(xiàn)象。每種內(nèi)部缺陷都有相應(yīng)的測(cè)量特征。不同的放電類(lèi)型所產(chǎn)生的原因不同，當(dāng)在不均勻的電場(chǎng)周?chē)拾霃叫〉碾姌O附近當(dāng)電壓升高到一定值時(shí)，由于空氣游離就會(huì)產(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象；懸浮電位則是由于在運(yùn)輸或運(yùn)行過(guò)程中，導(dǎo)體或絕緣子等與其他的金屬構(gòu)件接觸不良，導(dǎo)致電位懸浮，與周邊的部位形成電位差，產(chǎn)生放電；空穴放電則是由于設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生氣泡或其他雜質(zhì)，在正常運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生局部放電；沿面放電是固體絕緣表面金屬顆粒對(duì)絕緣表面、固體絕緣表面臟污或固體絕緣表面其他異物引起的放電。圖1為GIS內(nèi)部缺陷位置的示意圖。

圖1GIS絕緣缺陷位置

如圖1所示，在GIS殼體、導(dǎo)體上均易出現(xiàn)由毛刺造成的電暈放電；在導(dǎo)體上易出現(xiàn)由于機(jī)械松動(dòng)造成的懸浮放電；在盆式絕緣子、導(dǎo)體或殼體上易于出現(xiàn)氣泡或雜質(zhì)造成的空穴放電。不同的因素產(chǎn)生的局放形式不同，但不同類(lèi)型的局部放電都會(huì)對(duì)GIS的絕緣造成破壞，同時(shí)，放電產(chǎn)生的氣體或熱效應(yīng)，有的使局部絕緣腐蝕、電導(dǎo)增加，導(dǎo)致了絕緣性能下降，在嚴(yán)重的局放作用下，甚至?xí)斐山^緣擊穿。

2.設(shè)備情況

本次被試設(shè)備為某公司生產(chǎn)的500kVGIS，主要技術(shù)參數(shù)如下所示：設(shè)備額定電壓：550kV，額定頻率；50Hz，工頻1min耐受電壓：740kV，在周?chē)諝鉁囟葹?0℃時(shí)的氣體壓力（相對(duì)值），斷路器室：0.5MPa，其他氣室：0.4MPa。所開(kāi)展的交接試驗(yàn)項(xiàng)目具體包括：SF6氣體微水與純度測(cè)試、主回路絕緣試驗(yàn)及超聲波局放測(cè)試等。

3.試驗(yàn)過(guò)程及故障點(diǎn)查找

3.1試驗(yàn)步驟

交接試驗(yàn)首先對(duì)充入GIS內(nèi)部氣室的SF6氣體開(kāi)展微水及純度測(cè)試，以氣室為單位，對(duì)每個(gè)氣室分別檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果無(wú)異常，具備主回路絕緣試驗(yàn)條件。

主回路絕緣試驗(yàn)包括三個(gè)步驟[2]：老練、主回路對(duì)地耐壓、局部放電測(cè)量，首先進(jìn)行老練試驗(yàn)，試驗(yàn)的加壓程序?yàn)椋?→Um/3（550/3=318kV）持續(xù)5min→Um（550kV）持續(xù)3min；主回路對(duì)地耐壓加壓程序?yàn)椋篣m（550kV）→Uf（740kV）持續(xù)1min；耐壓試驗(yàn)結(jié)束后，將試驗(yàn)電壓降至1.1Um/3（349kV）后進(jìn)行局部放電測(cè)量，局部放電測(cè)量結(jié)束后電壓降至零。整體加壓程序如圖2所示。

圖2GIS主回路絕緣試驗(yàn)加壓程序示意圖

3.2故障經(jīng)過(guò)及故障點(diǎn)定位

500kVGIS第4串主回路絕緣試驗(yàn)于8月17日開(kāi)始進(jìn)行，老練試驗(yàn)無(wú)異常，升至550kV時(shí)保持3min后，準(zhǔn)備升至740kV時(shí)發(fā)生放電，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)加壓回路及被試回路進(jìn)行檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)討論決定再次試驗(yàn)。由于加壓回路采用串聯(lián)諧振的方式升壓，因此需要調(diào)節(jié)試驗(yàn)頻率，再次調(diào)頻后，發(fā)現(xiàn)無(wú)法升壓，切斷加壓回路，采用絕緣表對(duì)被試回路絕緣狀況進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)主回路對(duì)地?zé)o絕緣，判斷GIS第4串主回路某部分出現(xiàn)絕緣擊穿現(xiàn)象。

采用多種手段進(jìn)行故障點(diǎn)定位，首先通過(guò)超聲波閃絡(luò)定位儀定位，在試驗(yàn)前安裝的閃絡(luò)定位儀上發(fā)現(xiàn)CB42A相以及相鄰電流互感器CT氣室的閃絡(luò)定位儀示數(shù)較大，其余氣室閃絡(luò)定位儀顯示無(wú)異常，初步判斷發(fā)生故障的位置位于CB42A相斷路器或其相鄰的CT氣室內(nèi)部。采用氣體分析儀對(duì)以上兩個(gè)疑似氣室進(jìn)行SF6氣體成分分析，結(jié)果如表1所示。

表1氣體成分分析結(jié)果μL/L

從氣體分析結(jié)果可以看出CB42A相斷路器H2S及SO2數(shù)值偏高，且現(xiàn)場(chǎng)打開(kāi)充氣閥門(mén)可聞到明顯的臭雞蛋氣味，因此基本判斷放電氣室位于CB42A相斷路器處。

為進(jìn)一步驗(yàn)證放電位置，采用絕緣測(cè)量的方式，將第4串GIS斷路器及隔離開(kāi)關(guān)逐步斷開(kāi)，查找故障點(diǎn)，首先斷開(kāi)DS44隔離開(kāi)關(guān)，絕緣電阻為60GΩ，斷開(kāi)DS44斷路器，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻為5MΩ，斷開(kāi)CB42斷路器，絕緣電阻為56GΩ，判斷為CB42斷路器合閘絕緣強(qiáng)度降低。發(fā)生故障位置和設(shè)備形態(tài)如圖3所示。

圖3故障位置

由于現(xiàn)場(chǎng)不具備解體條件，將故障斷路器返廠解體，在更換完故障斷路器后第2次進(jìn)行主回路絕緣試驗(yàn)，試驗(yàn)通過(guò)。

3.3廠內(nèi)解體

9月5日在廠內(nèi)對(duì)故障斷路器進(jìn)行了解體檢查。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)斷路器導(dǎo)電桿表面存在沿面放電痕跡。

除沿面放電痕跡外，在導(dǎo)電桿表面還發(fā)現(xiàn)有磕碰痕跡，如圖4所示。

圖4斷路器磕碰痕跡

4.故障分析

根據(jù)解體檢查的情況分析，本次故障屬于氣室內(nèi)部金屬類(lèi)異物引發(fā)的導(dǎo)電桿沿面放電。

4.1GIS監(jiān)造記錄

500kVGIS使用的導(dǎo)電桿為該公司外購(gòu)的產(chǎn)品。導(dǎo)電桿所開(kāi)展的試驗(yàn)項(xiàng)目如表2所示。

表2導(dǎo)電桿試驗(yàn)項(xiàng)目

總裝車(chē)間將合格的導(dǎo)電桿裝配到斷路器試驗(yàn)形態(tài)，裝配完畢后按試驗(yàn)形態(tài)進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓740kV，持續(xù)時(shí)間90s，局部放電試驗(yàn)、雷電沖擊試驗(yàn)，其中正負(fù)極性各三次，試驗(yàn)電壓1675kV，全部試驗(yàn)合格以后按運(yùn)輸形態(tài)進(jìn)行解體包裝。

4.2故障分析

將解體的導(dǎo)電桿表面打磨清理后，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)導(dǎo)電桿進(jìn)行了工頻耐壓試驗(yàn)及局部放電試驗(yàn)[3]。

從導(dǎo)電桿工頻耐壓試驗(yàn)及局部放電試驗(yàn)情況及試驗(yàn)記錄可知，該導(dǎo)電桿順利通過(guò)了工頻耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓740kV，持續(xù)時(shí)間90s及局部放電試驗(yàn)（局放值1pC），說(shuō)明導(dǎo)電桿自身絕緣性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠。

本次斷路器絕緣故障是氣室內(nèi)部金屬類(lèi)異物引發(fā)的導(dǎo)電桿沿面放電。氣室內(nèi)金屬異物來(lái)源渠道可能為：

（1）斷路器氣室裝配時(shí)，使得金屬異物帶入氣室內(nèi)部，完成機(jī)械操作后，進(jìn)行氣室清理未能將氣室清理干凈，使得氣室內(nèi)部遺留金屬異物。這些金屬異物在低電場(chǎng)區(qū)域，產(chǎn)品有一定的絕緣裕度，耐壓試驗(yàn)通過(guò)。斷路器氣室是完整形態(tài)運(yùn)輸，運(yùn)輸時(shí)斷路器氣室內(nèi)部充有0.05MPa的SF6運(yùn)輸氣體。在運(yùn)輸過(guò)程中倒運(yùn)、顛簸等會(huì)使金屬異物進(jìn)行跳躍、移動(dòng)，金屬異物移動(dòng)至高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)域，引發(fā)了絕緣故障。

（2）斷路器到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，對(duì)氣室SF6運(yùn)輸氣體進(jìn)行微水測(cè)試，合格后進(jìn)行充SF6氣體工作?，F(xiàn)場(chǎng)充氣過(guò)程中如未將充氣接口清潔徹底，高壓SF6氣體將充氣口處的微粒異物吹入氣室內(nèi)部，或者在充氣時(shí)將SF6氣瓶倒置，氣瓶底部雜質(zhì)充入氣室內(nèi)部，附著在導(dǎo)電桿表面會(huì)引發(fā)絕緣故障。

5.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)某變電站氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（GIS）開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)擊穿的問(wèn)題進(jìn)行研究，通過(guò)閃絡(luò)定位儀、氣體分析儀及絕緣檢測(cè)等多種手段對(duì)故障間隔氣室進(jìn)行定位，最終懷疑短路點(diǎn)位于CB42A相斷路器處，且在該斷路器合閘時(shí)絕緣強(qiáng)度降低，懷疑斷路器內(nèi)部可能出現(xiàn)絕緣件破損；并結(jié)合解體檢查，結(jié)果表明本次斷路器絕緣故障是氣室內(nèi)部金屬類(lèi)異物引發(fā)的導(dǎo)電桿沿面放電。為避免此類(lèi)故障的發(fā)生，建議確保斷路器在運(yùn)輸過(guò)程中的平穩(wěn)性以及加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝的管控。此研究成果可為同類(lèi)型故障處理提供很好地參考借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：