張雪巖 李永剛 閆利欽
(國網(wǎng)張家口供電公司,河北張家口075000)
作為滅弧和開斷線路的裝置,高壓斷路器肩負(fù)著控制和保護雙重任務(wù),其電氣動作也最為頻繁[1]。因此,高壓斷路器性能優(yōu)劣、工作是否可靠是決定電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運行的重要因素[2]。但由于受設(shè)計生產(chǎn)、運行工況等因素的影響,斷路器在系統(tǒng)中發(fā)生故障的概率較大[3-5]。本文對御道口550 kV HGIS斷路器絕緣故障原因進行了分析,可為相關(guān)人士提供案例參考,以期加強斷路器故障診斷,提前發(fā)現(xiàn)潛在故障。
御道口550 kV HGIS斷路器共3串6個間隔,故障位置如圖1所示,9月22日在送電過程中第4串CB41 B相氣室出現(xiàn)絕緣故障。
圖1 斷路器故障位置
該站現(xiàn)場安裝一次完成后,對設(shè)備按出廠耐壓值的90%進行了現(xiàn)場耐壓試驗,在線超聲波檢測局放,沒有發(fā)現(xiàn)異常。對變壓器進行沖擊帶電試驗,CB41兩側(cè)DS一直處于合閘狀態(tài);第一次合CB41,大約10 min后斷開;相隔30 min第二次合CB41,16 s后母差保護動作,1M上所有斷路器跳閘,1M停電。
將放電斷路器所在間隔返廠解體檢修,發(fā)現(xiàn)蓋板內(nèi)部表面有黑色積炭粉塵,有明顯的放電痕跡,表面積炭嚴(yán)重,絕緣拉桿炸裂成兩段,拆出炸裂拉桿上段,拉桿從絕緣件與金屬件連接部位炸裂,金屬接頭表面熏黑,絕緣部分?jǐn)嗔选>植空亚闆r如圖2所示,其中圖2(a)為炸斷后拉桿上段,1為拉桿接頭部位,端部與絕緣桿連接;2為拉桿金屬部位,朝向滅弧室側(cè)。
從解體檢查情況初步確定本次絕緣故障為絕緣拉桿發(fā)生沿面放電,在熱效應(yīng)影響下炸裂,繼而母差保護動作斷路器跳閘。接下來綜合考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)、裝配質(zhì)量、絕緣拉桿制造過程等方面,分析絕緣拉桿沿面放電的原因。
圖2 拉桿炸斷及局部燒蝕圖
御道口站550 kV HGIS設(shè)備于20世紀(jì)80年代引進日本三菱技術(shù),之后增設(shè)粒子捕捉器、加大罐體直徑,優(yōu)化了電場,增大了絕緣裕度。因此,可排除結(jié)構(gòu)方面的原因。
如果裝配不當(dāng)造成卡塞,斷路器分合閘過程中會使絕緣拉桿出現(xiàn)微裂紋,導(dǎo)致絕緣拉桿表面電場畸變。但從拆除的零部件分析:拉桿金屬部分整個圓面摩擦痕跡均勻,未發(fā)現(xiàn)局部壓痕,所以傳動部分不存在卡塞。從生產(chǎn)過程分析:斷路器在廠內(nèi)及現(xiàn)場都完成了機械試驗,試驗數(shù)據(jù)合格。通過以上分析,可排除裝配問題。
該絕緣拉桿結(jié)構(gòu)為玻璃浸膠管型,生產(chǎn)過程為玻璃布層層纏繞,然后浸膠。應(yīng)是絕緣拉桿在纏繞過程中出現(xiàn)問題,導(dǎo)致層間存在氣孔這一缺陷。絕緣拉桿浸膠后,從外表面無法發(fā)現(xiàn)此缺陷,如果缺陷在層間且靠近內(nèi)表面,耐壓局放也可正常通過。但是當(dāng)絕緣拉桿中有氣泡存在時,原來的電場分布會發(fā)生畸變,大大降低放電的擊穿電壓。
至此可推測故障發(fā)生過程:首先在內(nèi)部氣泡中放生局部放電,產(chǎn)生大量的高能粒子,在強電場作用下加速碰撞形成電子崩,導(dǎo)致介質(zhì)擊穿放電,當(dāng)缺陷劣化至絕緣拉桿外表面時,發(fā)生劇烈的沿面放電。過程中釋放大量熱量,介質(zhì)的溫度急劇上升,由于氣泡存在的位置不均使介質(zhì)溫度分布不均勻,從而導(dǎo)致絕緣拉桿斷裂。
絕緣拉桿作為斷路器內(nèi)部的傳動件和絕緣件,位于內(nèi)部高低電位之間,對其機械性能和絕緣性能要求極高,若其表面與層間存在氣孔,當(dāng)設(shè)備帶電時,絕緣拉桿靠近滅弧室高電位區(qū)的氣孔發(fā)生局部放電,隨著局部放電的持續(xù),缺陷劣化至絕緣拉桿外表面,最終導(dǎo)致絕緣拉桿沿面放電。
結(jié)合該次故障原因分析,建議設(shè)備檢驗及生產(chǎn)單位進一步改善設(shè)備制造工藝,避免由于絕緣材料中氣泡的干擾降低絕緣強度;另外加強對絕緣拉桿內(nèi)部氣泡量的檢測,將該項作為檢測指標(biāo),設(shè)備的耐壓局放測試要注意多點測試,不可以點代面,以偏概全。