張龍

摘 要：國內(nèi)某大型電廠管道母線（GIL）在正常運行期間突然發(fā)生導(dǎo)體對外殼放電故障，導(dǎo)致機組停運，通過對故障前的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，和故障后的氣體分解產(chǎn)物分析了故障的原因，就管道母線從出廠到安裝、在運中不完善的問題提出了改進建議，通過更換該段管母線及時處理了故障。

關(guān)鍵詞：大型發(fā)變組；GIL；單相故障

中圖分類號：TV738 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0113-01

氣體絕緣金屬封閉輸電線路，簡稱GIL（Gas Insulated Metal Enclosed Transmission Line）。自從1972年GIL投入商業(yè)運行以來，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。這種超高壓輸電方式布置緊湊、輸送容量大、可靠性高，為長距離輸電系統(tǒng)提供了理想的選擇。與常規(guī)電纜系統(tǒng)和架空輸電線路相比，GIL輸電容量大，布置緊湊而靈活，有效的電磁屏蔽，運行可靠而安全，使其在某些特定的使用環(huán)境和條件下，具有技術(shù)優(yōu)越性。GIL適用于電壓等級為110kV及以上，載流量可達5500kA的輸電系統(tǒng)。主要由長外殼、導(dǎo)體、絕緣子、彎頭、膨脹節(jié)、氣體密度繼電器、吸附劑、防爆膜、出線套管、電流互感器等部分組成。

國內(nèi)首個大型發(fā)變組GIL設(shè)備是由美國AZZ公司于1992年憑借南網(wǎng)公司天升橋變電站項目打入國內(nèi)市場，目前該公司設(shè)備在嶺澳一、二期、紅沿河一期、臺山項目及三門核電項目均投產(chǎn)運行中。但隨著發(fā)變組GIL設(shè)備國產(chǎn)化制造程度的不斷提高，由于制造工藝和運輸、安裝工藝等原因發(fā)生導(dǎo)體對外殼放電故障的頻次在近年來正呈現(xiàn)上升趨勢。

1 故障描述

2014年12年5日19：06：28，國內(nèi)某大型電廠500kV開關(guān)站4號機進線充電保護動作，5041斷路器跳閘，4號主變失電，4號機A相高壓側(cè)故障電流約為26kA（有效值），經(jīng)對GIS、GIL、主變等設(shè)備檢查發(fā)現(xiàn)：GIL輸電管道A相402氣室SF6氣體分解物SO2為33.5μL/L，其它分解物未檢出，402氣室SF6氣體含水量為593μL/L（環(huán)境溫度為-3度），初步判斷故障點應(yīng)在GIL輸電管道A相402氣室。

現(xiàn)場從12月11日開始對GIL輸電管道A相402氣室進行開蓋檢查，12月15日發(fā)現(xiàn)在靠近A相主變第4根GIL管道內(nèi)的第1個支撐絕緣子處，發(fā)生了嚴重的擊穿放電現(xiàn)象。支撐絕緣子的上部支撐已燒損并破裂，周圍有若干散落的大小不一的絕緣子碎塊，在損毀的支撐絕緣子兩端的導(dǎo)體和殼體內(nèi)壁附著放電產(chǎn)生的大量白色粉末。

12月22日在各相關(guān)方見證下，對GIL故障段解體檢查發(fā)現(xiàn)：故障絕緣子的上部支撐完全斷裂，與導(dǎo)電桿連接的斷裂面為白色，沒有電弧灼傷痕跡；在上部支撐與微粒捕捉器的連接處有黑的灼傷痕跡，連接處彈簧燒斷，絕緣子低電位側(cè)碎塊均被放電產(chǎn)生的熱量及電弧熏黑，該絕緣子靠變壓器側(cè)0.5米處的導(dǎo)電桿有電弧灼傷痕跡。另外，在絕緣子上部支撐附近的外殼上發(fā)現(xiàn)有凹坑；經(jīng)測量，凹坑深度最深處約為2mm。

2 故障分析

通過故障波形分析、設(shè)備外觀檢查和SF6氣體成分測量等一系列技術(shù)手段，確認為GIL母線A相402氣室發(fā)生接地故障。

2014年12月15日，經(jīng)解體最終確定故障點位置，并根據(jù)故障情況制定返廠修復(fù)方案，設(shè)備抵達工廠后隨即召開故障原因分析。經(jīng)過現(xiàn)場拆解取證并結(jié)合AZZ以往業(yè)績情況，得出原因分析如下：支撐絕緣子在低電位側(cè)存在裂紋缺陷，送電后在高電場的作用下裂紋擴大，局部放電加劇，絕緣性能下降，最終支撐絕緣子發(fā)生擊穿電弧放電。

將故障絕緣子及絕緣子碎塊運至美國AZZ進行拼接復(fù)原，分析故障原因并于2015年1月9日得出廠家原因分析報告如下：經(jīng)過對故障絕緣子的復(fù)原（見下圖3）AZZ分析故障起始點應(yīng)是靠近外殼的絕緣子處有微小的裂紋，經(jīng)過不斷的放電累積，導(dǎo)致絕緣子被擊穿。絕緣子裂紋產(chǎn)生階段可能為運輸、存儲、吊裝、現(xiàn)場對接前的某一階段。

經(jīng)過對以往項目的情況分析，分析認為在設(shè)備安裝前絕緣子存在裂紋的可能性比較大，鑒于現(xiàn)場及設(shè)備條件所限，難以發(fā)現(xiàn)該處隱藏缺陷。

由于支撐絕緣子存在缺陷，因裂紋微小，現(xiàn)場工頻耐壓得以通過。送電后在高電場的作用下，裂紋逐漸擴大，造成局部電場畸變，局部放電加劇，絕緣性能下降。當(dāng)這種現(xiàn)象擴大到一定程度時，造成導(dǎo)體對地放電。在短路電弧的燒灼下支撐絕緣子放電炸碎。

通過以上分析及解體檢查，分析判定本次故障的原因是支撐絕緣子在低電位側(cè)存在裂紋缺陷，使支撐絕緣子發(fā)生擊穿電弧放電。經(jīng)核查該故障段母線出廠局放值是0.13pC，可排除出廠前絕緣子有內(nèi)部裂紋缺陷可能性，該缺陷可能是在設(shè)備出廠后到現(xiàn)場對接前產(chǎn)生。

3 建議措施

（1）AZZ對支撐絕緣子的機械沖擊耐受強度進行校核和改進。（2）在后續(xù)安裝階段，由廠家提供對內(nèi)部絕緣子的檢查方法和相關(guān)設(shè)備。（3）在后續(xù)設(shè)備運輸中，每個運輸單元增加沖擊記錄儀。（4）生產(chǎn)廠家在后續(xù)出廠的GIL產(chǎn)品上對絕緣子裝配的位置進行標記。（5）對在運GIL設(shè)備SF6進行成分分析，以確定設(shè)備內(nèi)部是否存在局部放電。

4 改進處理

故障母線在AZZ揚州工廠完成修復(fù)，并再次通過出廠試驗，發(fā)運現(xiàn)場。根據(jù)給出的改進措施，做出以下改進：

（1）母線出廠后全部加裝沖擊記錄儀，以便發(fā)現(xiàn)運輸過程中可能出現(xiàn)的各種機械沖擊，從而避免母線經(jīng)受機械傷害而不被察覺。故障母線到場至回裝完成，沖擊記錄儀記錄結(jié)果全部正常。（2）母線出廠后對絕緣子裝配位置使用色帶標記，到場后對母線外殼進行外觀檢查，并對色帶標注區(qū)域進行重點檢查。（3）對非故障母線各氣室進行氣體成分測試，試驗結(jié)果無異常。排除了4號機GIL母線可能存在的質(zhì)量隱患。

確認母線完好后，在供貨商技術(shù)人員的監(jiān)督指導(dǎo)下完成對接安裝，回裝完成后進行了國標和廠家要求的各項交接試驗，試驗結(jié)果合格。AZZ廠家根據(jù)運輸、安裝、試驗情況對4號機GIL母線設(shè)備質(zhì)量做出承諾。

安裝后的GIL母線設(shè)備交接試驗主要依據(jù)《GB 50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準》和《DL/T 304-2001氣體絕緣金屬封閉輸電線路現(xiàn)場交接試驗導(dǎo)則》來進行。其中，標準一第14章六氟化硫封閉組合電器未要求進行局放試驗；標準二也未對局放試驗進行強制要求，只建議如現(xiàn)場具備條件可進行超聲波探測等間接方法進行局放試驗，但沒有給出量化的判別標準。

美國AZZ針對其設(shè)備特點，給出了超聲波探測的局放試驗方法，但注明沒有判別標準。經(jīng)咨詢西高所、武高所等行業(yè)專家和具備此試驗?zāi)芰Φ牡胤诫娍圃海贸鼋Y(jié)論：超聲波探測局放試驗受外界環(huán)境干擾較為嚴重，并且國際、國內(nèi)均無量化的判別標準，需憑經(jīng)驗做出判斷，多用于故障查找中使用，無法作為交接試驗判別方法。

5 結(jié)語

由上述分析可見，目前GIL管道母線在電站中的運行存在著因為在前期設(shè)備出廠后運輸、存儲、吊裝、現(xiàn)場對接前的某一階段導(dǎo)致絕緣子生成微小裂紋，經(jīng)過長時間發(fā)生的局部放電作用，造成設(shè)備絕緣損害，最終導(dǎo)致接地故障的發(fā)生。目前GIL管道母線支撐絕緣子的機械沖擊耐受強度的工藝改進和監(jiān)測手段尚不成熟，安裝階段由廠家提供對內(nèi)部絕緣子的檢查方法還處于實踐探索階段，超聲波探測局放試驗免受外界環(huán)境擾動的抗干擾能力和判別標準還處于理論研究階段。GIL管道母線的光纖測溫和紅外測溫技術(shù)應(yīng)逐步提高測量的精度，向分布式測溫方向發(fā)展。GIL管道母線的在線監(jiān)測模型還需進一步開展模擬各類復(fù)雜工程和在運階段的工況進行研究。

參考文獻

[1]《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準》（GB 50150-2006）[S].

[2]《氣體絕緣金屬封閉輸電線路現(xiàn)場交接試驗導(dǎo)則》（DL/T 304-2001）[S].