郭 潔，孟 明，甄 利，霍鳳鳴 ，李曉峰，龐先海

（1.華北電力大學(xué)，河北 保定071000；2.河北省電力公司 河北 石家莊050021；3.河北省電力科學(xué)研究院 河北 石家莊050021）

1 概 述

近年來，550 kV罐式斷路器在河北南網(wǎng)多次發(fā)生放電故障?？偟膩碚f，550 kV罐式斷路器放電故障分為兩類，一類放電是運(yùn)行中罐式斷路器內(nèi)部突然放電；另一類是送電過程中當(dāng)合上罐式斷路器某側(cè)隔離開關(guān)時，罐式斷路器內(nèi)部隨即發(fā)生放電。河北南網(wǎng)罐式斷路器故障絕大多數(shù)為后一類。本文針對后一類故障特點，分析了550 kV罐式斷路器內(nèi)部放電故障的原因，并提出防范措施。

2 故障現(xiàn)場分析

2.1 廉州站5043絕緣故障

2.1.1 故障現(xiàn)象

廉州站廉北II線檢修預(yù)試結(jié)束，5042斷路器轉(zhuǎn)基建，5041正在進(jìn)行張廉線的基建擴(kuò)建工作，其它設(shè)備為正常運(yùn)行方式。

廉北II線檢修預(yù)試結(jié)束恢復(fù)送電過程中，現(xiàn)場運(yùn)行人員在進(jìn)行5043－2隔離開關(guān)合閘時，發(fā)生異常聲響，主控室綠燈閃爍并同時事故告警音響，保護(hù)室檢查500 kV母差保護(hù)RADSS動作，多個斷路器保護(hù)動作，廉北II保護(hù)動作。

2.1.2 故障點初步判斷

故障發(fā)生后，檢修人員進(jìn)行了現(xiàn)場勘查，檢查發(fā)現(xiàn)5043－2隔離開關(guān)支持絕緣子、操作絕緣子無明顯損壞，隔離開關(guān)至5043斷路器的引線支持絕緣子及引線無異常、5043斷路器套管及機(jī)構(gòu)、引線無異常。

對保護(hù)動作情況進(jìn)行分析，5043斷路器保護(hù)簡圖如圖1所示。

圖1 保護(hù)裝置判定電流選取位置圖

由于兩套線路保護(hù)動作電流取自5043斷路器母線側(cè)TA線圈，因此故障點應(yīng)在母線側(cè)TA的斷路器側(cè)，才能使線路保護(hù)能夠感受到故障電流，保護(hù)裝置動作跳閘。

5043斷路器保護(hù)電流取自廉北II側(cè)TA圈，由于5043斷路器保護(hù)沒有動作，并且母差保護(hù)裝置只有5013、5023、5033、5053、5063斷路器的電流值，因此判斷5043斷路器的線路側(cè)TA沒有感受到故障電流。

500 kV母差保護(hù)電流取自5043斷路器廉北II線側(cè)TA圈，由于5043廉北II線側(cè)TA圈未感受到故障電流，因此判斷故障點應(yīng)該在5043斷路器內(nèi)部母線側(cè)部分。

2.1.3 解體檢查

現(xiàn)場打開5043斷路器側(cè)面蓋板后，發(fā)現(xiàn)5043斷路器A相靜觸頭屏蔽罩對斷路器罐體有明顯的放電痕跡，罐體底部有放電產(chǎn)生的白色分解物及少量金屬顆粒，如圖2所示。

圖2 罐體內(nèi)部放電痕跡

將斷路器滅弧室吊出罐體后，對罐體和滅弧室進(jìn)行了詳細(xì)檢查，檢查中發(fā)現(xiàn)斷路器內(nèi)部存在未參與放電的金屬異物和其它不明顆粒，見圖3所示，其中最大金屬異物長約3.5 mm左右，如圖4所示。

圖3 滅弧室內(nèi)部未參與放電的異物

圖4 滅弧室內(nèi)部異物大小參考

2.2 滄西5023故障分析

2.2.1 故障現(xiàn)象

500 kV滄西變電主變檢修預(yù)試工作結(jié)束，進(jìn)行恢復(fù)送電操作。在合上5023－2刀閘時（此時5023開關(guān)尚在斷位），＃3主變和500 kV＃2母線的差動保護(hù)動作，跳開＃1主變5012開關(guān)、集滄線5043開關(guān)和滄驊I線5052開關(guān)。

故障錄波圖見圖5。

圖5 故障錄波圖

2.2.2 現(xiàn)場情況檢查

故障發(fā)生后，現(xiàn)場檢修人員立即進(jìn)行了現(xiàn)場勘查：檢查5023－2刀閘支持絕緣子、操作絕緣子無異物及放電痕跡，刀閘至5023開關(guān)的引線支持絕緣子及引線無異常；檢查5023開關(guān)套管及機(jī)構(gòu)、引線無異常。絕緣電阻、直流電阻測量和SF6氣體微水試驗，試驗結(jié)果均正常。

根據(jù)以上檢查結(jié)果，結(jié)合繼電保護(hù)動作信息，初步判斷故障原因為開關(guān)內(nèi)部發(fā)生了閃絡(luò)。打開開關(guān)側(cè)面蓋板后，發(fā)現(xiàn)該開關(guān)母線側(cè)靜觸頭屏蔽罩對斷路器罐體有明顯的放電痕跡，開關(guān)內(nèi)部未見異物，罐底部有放電產(chǎn)生的白色粉末及少許金屬顆粒；金屬顆粒判斷應(yīng)為屏蔽環(huán)放電燒損產(chǎn)生（見圖6）。

圖6 5023開關(guān)內(nèi)部放電點

3 原因分析

分析上述兩次故障可發(fā)現(xiàn)，放電故障均為滅弧室屏蔽罩對罐體放電，同時故障均發(fā)生在送電過程中。經(jīng)統(tǒng)計，河北省公司系統(tǒng)先后發(fā)生過8次500 kV罐式斷路器內(nèi)部放電故障［1］，且全部為該型斷路器，說明該型斷路器本身存在一定缺陷，經(jīng)過與廠家研究協(xié)商，該型斷路器開始增設(shè)粒子捕捉器。

由于SF6斷路器內(nèi)部絕緣采用不均勻電場結(jié)構(gòu)，當(dāng)有金屬微粒存在時，會改變原來產(chǎn)品內(nèi)部的電場結(jié)構(gòu) 。對LW13－500型斷路器內(nèi)部存在金屬微粒情況下的場強(qiáng)進(jìn)行模擬計算（模擬顆粒5×1 mm）表明，1 675 kV試驗電壓下，無金屬微粒處最大電場強(qiáng)度為25.5 kV/mm，金 屬 微 粒 表 面 的 電 場 強(qiáng) 度 為29 kV/mm，說明斷路器內(nèi)部存在金屬微粒時將會大大降低內(nèi)部絕緣強(qiáng)度，易發(fā)生放電故障［3］。

因為斷路器內(nèi)部帶電部位中，屏蔽罩對罐體距離最小，因此是放電故障集中發(fā)生的部位。這主要是由于靜側(cè)屏蔽罩直徑最大，邊緣距離罐體最近，僅為150 mm，動側(cè)屏蔽罩邊緣對罐體距離為160 mm，合閘電阻屏蔽罩（如有）邊緣對罐體距離約為175 mm。

由于雜質(zhì)對組合電器（包括罐式斷路器）內(nèi)部電場影響極大［4］，斷路器操作時會引發(fā)振動，以及斷路器操作時產(chǎn)生的氣流吹動金屬微粒，使金屬微粒發(fā)生位移。當(dāng)金屬微粒位移至導(dǎo)電部分附近時，其端部在電場作用下可能浮起，從而進(jìn)一步造成開關(guān)內(nèi)部絕緣降低，誘發(fā)絕緣性故障。至于合刀閘也能引發(fā)故障，則主要是由于斷路器在送電前檢修試驗或保護(hù)傳動操作時的振動以及操作的氣流已使金屬微粒移位至屏蔽罩與罐體之間，同時合刀閘時會產(chǎn)生操作過電壓，從而引發(fā)放電故障。

4 改進(jìn)措施

4.1 對該型斷路器結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行改進(jìn)

初步對該型斷路器罐體進(jìn)行了改進(jìn)，在罐體底部靜側(cè)屏蔽罩下方增加了粒子捕捉器。再次對斷路器進(jìn)行改進(jìn)，加大了罐體直徑，由原來的900 mm增加至1 000 mm，同時對滅弧室進(jìn)行了改造，將靜側(cè)屏蔽罩由兩片對接改為一體式，靜觸頭改為整體式，并將改進(jìn)后的產(chǎn)品命名為LW13A－550型。

經(jīng)過改進(jìn)，斷路器罐體內(nèi)的金屬微粒等異物在運(yùn)動至靜側(cè)屏蔽罩附近時就會落入粒子捕捉器中，由于粒子捕捉裝置的屏蔽作用，使金屬粒子因失去電場的作用靜止在捕捉裝置中；另外增大了斷路器罐體直徑后，1 675 kV試驗電壓下罐體內(nèi)部最大電場強(qiáng)度由25.5 kV/mm降低至22 kV/mm，從而大大提高了絕緣裕度，降低了放電幾率。同時改進(jìn)滅弧室后電場分布更加均勻，靜觸頭改為整體式后改進(jìn)了觸頭對中效果，有效降低了由于觸頭分合閘時碰撞產(chǎn)生金屬微粒的機(jī)會［5］。

4.2 加強(qiáng)廠內(nèi)組裝時的工藝控制

一般來說廠內(nèi)組裝的環(huán)境控制較嚴(yán)，如滅弧室的組裝在特殊車間進(jìn)行，這對雜質(zhì)控制極為有利，并且出廠耐壓試驗也應(yīng)能證明在出廠前后一小段時間內(nèi)，斷路器內(nèi)部表面是清潔的。但仍不能保證運(yùn)行一段時間后雜質(zhì)是否還會繼續(xù)脫落，因為現(xiàn)場安裝完畢后，還要進(jìn)行幾十次甚至上百次［4］的傳動調(diào)試操作，它對帶電后雜質(zhì)是否繼續(xù)脫落應(yīng)該是有影響的。所以廠內(nèi)工藝控制應(yīng)注意還有哪些元器件可能存在隱蔽的短時內(nèi)不易盡快脫落的雜質(zhì)，如粘在復(fù)雜結(jié)構(gòu)件縫隙間的（梅花觸頭觸指間遺留物、空心件毛刺、尚未完全斷裂的螺紋、用指甲油作標(biāo)記的指甲油凝固物、絕緣件表面的漆皮等）不易清除的雜質(zhì)，這些應(yīng)作為重點進(jìn)行工藝控制專項研究，并采取必要的和有效的工藝控制措施。

4.3 安裝現(xiàn)場的清潔度控制

應(yīng)該認(rèn)識到，現(xiàn)場安裝的清潔度控制十分必要，否則將降低甚至失去工廠內(nèi)組裝時的清潔度控制的意義。

現(xiàn)場除了濕度和大風(fēng)天氣粉塵控制，還應(yīng)注意防止蚊蠅等小動物進(jìn)入罐體，尤其夏季經(jīng)常有成群的蒼蠅圍在罐體開口處，由于罐內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦這些小動物飛入罐體內(nèi)是很難清理的，所以應(yīng)研究現(xiàn)場安裝時的清潔度保持措施和工藝制度，如搭建帳篷或建立安裝小室，并建立進(jìn)出入的管理制度和其它管理措施。

5 結(jié)束語

目前絕大部分特高壓斷路器為罐式斷路器，從設(shè)計方面分析，罐式斷路器運(yùn)行可靠性高，抗地震能力強(qiáng)，應(yīng)該是較受用戶歡迎和信任的電器產(chǎn)品，所以應(yīng)從細(xì)節(jié)上進(jìn)一步完善和加強(qiáng)罐式斷路器廠內(nèi)組裝、現(xiàn)場安裝等方面的工藝措施，保證罐式斷路器的優(yōu)異性能。

［1］ 500kV罐式斷路器治理方案［R］.2007.

［2］ 黎 斌.SF6高壓電器設(shè)計（第三版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［3］ 西開產(chǎn)500 kV罐式斷路器治理方案［R］.2007.

［4］ 王童琳，高自偉.500kV罐式斷路器交流耐壓試驗［J］.東北電力技術(shù)，2009，（6）：25－26，52.

［5］ 500 kV罐式斷路器改造可行性報告［R］.2008