國網(wǎng)天津市電力公司電力科學研究院 曹 夢 何 金 陳 榮 邢向上 朱旭亮

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，社會對電力能源的要求越來越高，促使電力系統(tǒng)的電壓等級和容量也隨著增加，土地資源和建設經(jīng)濟性等原因使得敞開式設備已經(jīng)不適應現(xiàn)在電力系統(tǒng)的發(fā)展。組合電器由于其結構緊湊、占地面積小、少維護性等優(yōu)點，在現(xiàn)場的使用逐年增加。但是由于目前組合電器生產(chǎn)廠家眾多，生產(chǎn)工藝良莠不齊，尤其是絕緣件等關鍵組部件工藝控制不良，導致現(xiàn)場故障時有發(fā)生，為現(xiàn)場運維帶來了極大的困擾，也造成了嚴重的經(jīng)濟損失和社會影響。因此現(xiàn)場急需掌握各類組合電器故障原因并制定提升措施，以督促廠家提升產(chǎn)品質量，保障現(xiàn)場運行可靠性。

本文通過對現(xiàn)場一起110kV 組合電器隔離開關傳動扭桿引發(fā)的故障進行分析，詳細闡述故障過程以及故障原因，最后針對性提出改進措施。本文結論對分析相似故障具有重要的借鑒意義。

1 故障排查及原因

2021年03月02日10時33分，110kV A 變電站114斷路器跳閘，相間距離II 段保護動作，后重合失敗。運維人員檢查114線路及對側110kV B 變電站，均未發(fā)現(xiàn)明顯異常。12時37分試送A 站114斷路器，線路送電正常，后合上B 變電站113斷路器，A 站114斷路器距離保護再次動作跳閘，判斷故障點位于B 變電站110kV-43母線組合電器。運維人員再次檢查B 變電站110kV-43母線組合電器，發(fā)現(xiàn)4-93隔離開關氣室表面溫度明顯升高，初步判斷故障點在于此氣室。

1.1 現(xiàn)場解體情況

對110kV A 變電站4-93隔離開關氣室開展檢修工作，更換4-93PT、4-93隔離開關氣室，交接試驗合格后設備投運正常。同時對4-93隔離開關氣室進行現(xiàn)場解體，發(fā)現(xiàn)B、C 相間傳動扭桿（材質為環(huán)氧樹脂）發(fā)生貫穿性放電，傳動扭桿破損，合閘狀態(tài)下扭桿破損面對側筒壁存在嚴重燒蝕痕跡，解體圖如圖3所示。

1.2 廠內(nèi)解體見證

對4-93隔離開關氣室進行解體見證并分析故障原因，具體情況如下：

圖1 隔離開關解體圖

對三工位傳動輸出軸扭力值進行測試，隔離側合閘為40N.m，接地側合閘為45N.m，測試結果如圖2所示，滿足廠家設計值＜100N.m 的要求，試驗合格。

圖2 隔離側合閘（左）和接地側合閘（右）扭力值測試

拆解三工位側面蓋板，發(fā)現(xiàn)三相可動側導體與盆子連接部位、殼體內(nèi)壁均存在明顯燒蝕痕跡，B、C 相間傳動扭桿有貫穿性缺口，隔離開關合閘狀態(tài)下，傳動扭桿缺口面正對上述燒蝕位置，其余兩根傳動扭桿表面有電弧濺射痕跡，具體情況如圖3、圖4所示。由于沿面放電幾乎無法造成如此明顯的貫穿性缺口，因此推斷B、C 相間傳動扭桿貫穿性缺口為扭桿本身存在內(nèi)部氣隙，在長時間電壓作用下劣化故障所導致；或由于扭桿存在機械應力缺陷，在長期電動力作用下產(chǎn)生內(nèi)部氣隙，而后在電壓作用下氣隙劣化所致。

圖3 可動側導體連接面（左）和殼體內(nèi)壁（右）燒灼痕跡

圖4 傳動扭桿情況（從左到右分別為B 相與傳動杠之間的扭桿、BC 相間扭桿以及CA 相間扭桿）

對三工位可動側盆子進行拆解，發(fā)現(xiàn)盆子表面有大面積燒灼痕跡并附著部分故障分解物，同時發(fā)現(xiàn)A 相中心嵌件導體位置有兩道明顯對地放電痕跡，對兩道放電痕跡進行清潔、打磨，發(fā)現(xiàn)為電弧燒灼痕跡、并非裂紋，判斷A 相對地短路點處于該位置，具體情況如圖5所示。

對無缺口兩根傳動扭桿進行尺寸檢測，符合設計要求，然后對三根傳動扭桿進行X 射線檢測，未發(fā)現(xiàn)異常，如圖6所示，同時查詢?nèi)齻€傳動扭桿出廠報告，出廠報告合格。

圖6 X 射線檢測（從左到右分別為B 相與傳動杠之間的扭桿、BC 相間扭桿以及CA 相間扭桿）

對無缺口兩根傳動扭桿進行表面清潔處理后開展電氣性能試驗，工頻耐壓：275kV（5min），局放值＜2pC，合格；局放試驗：174kV（1min），局放值＜2pC，合格。

圖7 耐壓（左）、局放（右）試驗

綜合以上情況進行分析，本次變電站故障原因為：B、C 相間傳動扭桿（外采購件）內(nèi)部存在微小氣隙缺陷或機械應力缺陷，出廠試驗（絕緣件局放、耐壓、X 光試驗，整機出廠局放、耐壓試驗）未被發(fā)現(xiàn)，同時現(xiàn)場交接局放、耐壓試驗合格，但是在投運后長時間帶電和電動力作用下，內(nèi)部缺陷劣化導致B、C 相間短路，電弧噴射燒蝕內(nèi)部元器件，分解物分布在氣室空間內(nèi)，部分附著在盆子上，最終通過可動側盆子A 相中心嵌件導體位置附近沿面對地放電，引發(fā)三相短路故障接地。

2 后續(xù)措施建議

由于絕緣件內(nèi)部氣隙缺陷，超聲波局放檢測不靈敏，建議針對目前在運變電站同批次的110kV 組合電器加強特高頻局放檢測；絕緣件作為GIS 設備重要部件之一，后續(xù)應加強對其監(jiān)督，嚴格按照《十八項電網(wǎng)重大反事故措施》要求，逐支進行GIS 生產(chǎn)廠家的局放、耐壓、X 射線試驗見證；目前常規(guī)試驗手段對絕緣件潛伏性缺陷（如內(nèi)部微小氣隙、應力損傷等）效果較差，在出廠、交接試驗均合格的情況下投運后時常發(fā)生缺陷或故障，建議進行新技術研究或引進，提高絕緣件缺陷檢出率。