田慶陽，李 爽，魯旭臣

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006;2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

SF6分解物在開關(guān)設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

田慶陽1，李 爽2，魯旭臣2

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006;2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

SF6分解物一直是人們研究的重要課題，為明確型號為PASS MOO DBB(HGIS)的72.5 kV PASS內(nèi)SF6分解物異常原因，以實(shí)際運(yùn)行中的72.5 kV PASS在檢測中發(fā)現(xiàn)分解物異常為例，詳細(xì)介紹了設(shè)備的異常情況及異常處理過程，并通過理論計(jì)算驗(yàn)證了推斷的有效性，并給出了該異常情況的處理措施及預(yù)防措施。

PASS;SF6分解物;隔離開關(guān);母線轉(zhuǎn)移電流

當(dāng)GIS(HGIS)中發(fā)生絕緣擊穿或局部過熱等故障時(shí)，SF6在高溫條件下會分解出SO2、HF、H2S及白色粉末等特征物質(zhì)。這些特征物質(zhì)為氣室故障后的定位和狀態(tài)檢測中發(fā)現(xiàn)潛在的異常缺陷提供了有效手段［1-4］。

SF6在局部放電和電弧情況下的分解機(jī)理不同，過程也及其復(fù)雜，往往伴隨分解和復(fù)合的雙向過程。長期以來，學(xué)者們對SF6分解產(chǎn)物的影響因素做了大量試驗(yàn)研究，如放電量的大小、金屬電極情況、氣體濕度、吸附劑等，試圖將SF6分解產(chǎn)物與設(shè)備內(nèi)部異常情況建立對應(yīng)關(guān)系，并得到了很多有價(jià)值的結(jié)論［5-8］。但這些結(jié)論并不具有普遍適用性，也未形成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此，目前SF6分解產(chǎn)物多數(shù)用于局部放電或過熱缺陷的提前發(fā)現(xiàn)及短路故障后故障氣室的定位。

1 異常情況

故障設(shè)備型號為PASS MOO DBB(HGIS)，額定電壓為100 kV，額定電流為2 000 A，額定短路開斷電流為31.5 kA，滅弧介質(zhì)為SF6與CF4混合氣體 (比例1∶1)，2009年出廠，同年投入運(yùn)行，66 kV側(cè)采用雙母線接線方式，共19個(gè)出線間隔。

2012年9月13日，運(yùn)行人員在進(jìn)行Ⅰ母線轉(zhuǎn)帶Ⅱ母線負(fù)荷操作過程中，發(fā)現(xiàn)繁侯乙線2隔離開關(guān)拒動，檢修人員處理過程發(fā)現(xiàn)繁侯乙線Ⅰ、Ⅱ母線隔離開關(guān)觀察窗內(nèi)表面附著很多白色分解物，檢查其他間隔的組合電器，有11個(gè)間隔存在相同現(xiàn)象，SF6分解物檢測部分結(jié)果如表1所示。

根據(jù)國家電網(wǎng)公司《電網(wǎng)設(shè)備帶電檢測管理規(guī)定》［9］，SO2含量在2 ～5 μL/L 為異常狀態(tài)，大于5 μL/L為缺陷狀態(tài)，可見上述間隔均處在異常狀態(tài)。

表1 各間隔SO2含量測試結(jié)果 μL/L

2012年9月17日，高壓試驗(yàn)人員對上述異常間隔的PASS進(jìn)行了復(fù)檢，結(jié)果為繁興線C相氣室SO2+SOF2氣體含量由 4.16 μL/L 降至 3.8 μL/L，繁張西線 A 相由5.28 μL/L 升至5.73 μL/L，C 相由 1.69 μL/L 降至 0，繁侯乙線 C 相由 5.67 μL/L降至0，繁張東線A 相由2.1 μL/L 升至31.39 μL/L，C 相由 0.59 μL/L 升至 24.56 μL/L(14 日晚故障跳閘)，通過現(xiàn)場對觀察窗的檢查，分解物多集中在Ⅰ、Ⅱ母線隔離開關(guān)觀察窗，其中B相觀察窗分解物最多，由于B相氣室無法進(jìn)行測試，估計(jì)還有部分氣室存在SO2+SOF2氣體含量超標(biāo)問題。

根據(jù)這次測試結(jié)果，對該變電站分解物超標(biāo)的PASS進(jìn)行了跟蹤測試。2014年3月17日，繁張西線PASS的SO2+SOF2值變化較大，A相變至108 μL/L，C 相變至 27.58 μL/L。

經(jīng)協(xié)商決定，對繁張西線間隔停電，設(shè)備運(yùn)至廠家進(jìn)行解體檢查。

2 返廠解體分析

2014年3月24日，繁張西線PASS在廠內(nèi)進(jìn)行解體檢查，解體發(fā)現(xiàn)母線側(cè)隔離開關(guān)動、靜觸頭均有燒損現(xiàn)象，而線路側(cè)隔離開關(guān)動、靜觸頭未發(fā)現(xiàn)異常，設(shè)備殼體內(nèi)附著大量SF6分解產(chǎn)物粉塵，具體情況如圖1～圖4所示。

圖1 設(shè)備殼體內(nèi)SF6分解產(chǎn)物粉塵

圖2 Ⅱ母線側(cè)靜觸頭燒損情況

圖3 Ⅱ母線側(cè)動觸頭燒損情況

圖4 Ⅰ母線側(cè)動觸頭燒損情況

各母線隔離開關(guān)動靜觸頭的燒損位置具有統(tǒng)一規(guī)律性，同一母線的三相隔離開關(guān)燒損位置在同一側(cè)，但不同母線的母線隔離開關(guān)燒損位置在相反側(cè)。

根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)變，母線側(cè)隔離開關(guān)承擔(dān)著轉(zhuǎn)換母線的責(zé)任，由于隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，在切母線轉(zhuǎn)移電流時(shí)觸頭間將產(chǎn)生電弧，靠觸頭的開距和SF6的絕緣性能而熄弧。該設(shè)備母線隔離開關(guān)動靜觸頭燒損的直接原因?yàn)榈鼓妇€操作時(shí)，隔離開關(guān)切母線轉(zhuǎn)移電流拉弧引起。由于隔離開關(guān)和斷路器同處在一個(gè)氣室內(nèi)，分解物長期大量積累將引起主絕緣性能下降。運(yùn)行單位核實(shí)母線隔離開關(guān)分合閘速度，與交接試驗(yàn)時(shí)無明顯差異，因此，初步分析為隔離開關(guān)開斷母線轉(zhuǎn)移電流能力不強(qiáng)。

通過解體檢查發(fā)現(xiàn)，在動觸頭刀片的兩側(cè)有黑色過熱現(xiàn)象。這是因?yàn)楫?dāng)隔離開關(guān)觸頭在剛分后或剛合前，觸頭的突起部位成為電弧的起點(diǎn)，為電弧燒蝕所致［10-11］。當(dāng)觸頭剛合或未分之前，由于接觸電阻不斷增大導(dǎo)致局部瞬時(shí)過熱。

3 理論分析

圖5為隔離開關(guān)開斷母線轉(zhuǎn)移電流的雙母線接線圖，圖中隔離開關(guān)DS11、DS12、DS22及母線斷路器MCB處于合閘狀態(tài)，隔離開關(guān)DS21處于分閘狀態(tài)。負(fù)荷電流 i由主變通過DS11、DS12和MCB分成i1、i2兩條支路，最后全部經(jīng)過線路斷路器送出。若此時(shí)隔離開關(guān)DS11做分閘操作，則其需要切斷電流 i1，即母線的轉(zhuǎn)移電流［12、13］。

圖5 雙母線接線圖

根據(jù)圖5可得到以下公式:式中 u1、u2——分別為隔離開關(guān)DS11、DS12兩端電壓;

z1、z2——分別為ae段和abcde段阻抗。

結(jié)合以上4個(gè)公式得:

式中 l1、l2——分別為ae段和abcde段長度;

z10、z20——分別為 ae段和 abcde段單位長度阻抗。

由式 (5)可知，母線轉(zhuǎn)移電流與當(dāng)時(shí)的負(fù)荷電流、操作隔離開關(guān)距母線的長度和電流被轉(zhuǎn)移支路的長度有關(guān)。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測，操作隔離開關(guān)距母線的阻抗為43 μΩ，PASS 母線為架空線，其阻抗為 0.02 Ω，且l1?l2，因此，根據(jù)式 (5)，母線的轉(zhuǎn)移電流幾乎為當(dāng)時(shí)的負(fù)荷電流。

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，72.5 kV隔離開關(guān)的母線轉(zhuǎn)移電流為1 600 A，電壓為10 V［14］，如果當(dāng)時(shí)的負(fù)荷電流超過1 600 A時(shí)，則大大超出隔離開關(guān)切合母線轉(zhuǎn)移電流的能力。就本例而言，假設(shè)當(dāng)時(shí)的負(fù)荷電流為1 600 A，經(jīng)計(jì)算，隔離斷口的恢復(fù)電壓為32 V，超過了10 V，因此，隔離開關(guān)斷口將產(chǎn)生多次電弧重燃，使氣室內(nèi)的SF6分解物異常。

4 預(yù)防措施

a. 采取合理的布置方式。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮隔離開關(guān)母線轉(zhuǎn)移電流問題，由理論分析可知，雙母線結(jié)構(gòu)的母線轉(zhuǎn)移電流受轉(zhuǎn)移支路長度的影響很大，因此，對多個(gè)出線間隔來說，線路間隔應(yīng)盡可能對稱布置于母聯(lián)間隔。此外，還應(yīng)將負(fù)荷較大的線路間隔靠近母線間隔。

b. 合理的倒閘操作順序。如果倒換母線時(shí)，應(yīng)先操作離母聯(lián)間隔近的母線隔離開關(guān)，后操作離母聯(lián)間隔遠(yuǎn)的母線隔離開關(guān)。對于HGIS變電站來說，母線屬于架空線布置，其波阻抗要比HGIS管線大很多，母線轉(zhuǎn)移電流幾乎為負(fù)荷電流，因此，應(yīng)采取暫時(shí)停斷路器的操作方式。

c. 提高隔離開關(guān)操動機(jī)構(gòu)的操作速度。提高機(jī)構(gòu)的操作速度可減少觸頭的燃弧時(shí)間，從而減少分解物的生成量。

d. 優(yōu)化PASS設(shè)備的設(shè)計(jì)。由于PASS中的隔離開關(guān)和斷路器共處一個(gè)氣室，而隔離開關(guān)又沒有滅弧裝置，因其操作產(chǎn)生的分解物將影響主絕緣的性能，甚至影響斷路器的分合特性。如果將隔離開關(guān)氣室與斷路器氣室隔離，可避免上述問題。

5 結(jié)論

a. PASS設(shè)備的母線轉(zhuǎn)移電流接近當(dāng)時(shí)的負(fù)荷電流，在倒母線隔離開關(guān)操作過程中，其斷口間的燃弧是產(chǎn)生大量分解物的主要原因。

b. 對于PASS設(shè)備，在倒母線操作隔離開關(guān)時(shí)應(yīng)采取暫時(shí)停斷路器的方式。

c. 采取合理的布置方式和倒閘操作方式可降低母線轉(zhuǎn)移電流水平。

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Application on SF6Decomposition in Circuit Breaker Fault Diagnosis

TIAN Qing-yang1，LI Shuang2，LU Xu-chen2
(1.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China;2.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

SF6decomposition research is an important subject.To explicit causes for abnormity of SF6decomposition in 72.5 kV PASS of model PASS MOO DBB(HGIS)，this paper chooses the example of abnormal SF6decomposition in the process of testing with 72.5 kV PASS，abnormal condition and processing procedure are introduced in detail.Results demonstrate that the deduction is effective by theoretical calculation and the solution，the preventive measures are presented.

PASS;SF6decomposition;Disconnecting switch;Bus transfer current

TM564.1

A

1004-7913(2015)08-0014-03

田慶陽 (1979—)，男，碩士，工程師，主要從事高壓開關(guān)及變電站管理方面的研究工作。

2015-05-12)