張濟麟，吳文濤，馬小林

(國網(wǎng)青海省電力公司檢修公司，青海 西寧 810021)

0 引言

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(以下簡稱GIS)在出廠裝配和現(xiàn)場安裝時，極有可能由于工藝或材質(zhì)的問題將異物帶入設(shè)備內(nèi)部。當GIS設(shè)備內(nèi)部存在異物時其電場分布發(fā)生改變，電場較為集中的位置上會產(chǎn)生局部放電，同時長期運行中由于絕緣的累計效應會導致局部放電逐漸發(fā)展為擊穿或者閃絡(luò)。本文就一起由異物及VFTO(快速暫態(tài)過電壓)共同作用的800 kV GIS設(shè)備CT氣室放電故障進行了原因分析，提出了相應的防范措施。

1 故障經(jīng)過及檢查情況

1.1 故障經(jīng)過

2018年11月20日,某750 kV變電站750 kV Ⅱ母停電檢修完工后供電過程中，在合上75221隔離開關(guān)后，7520開關(guān)C相動作跳閘，7520開關(guān)重合閘動作，重合失敗，故障測距0 km?，F(xiàn)場檢查一次設(shè)備外觀無明顯異常，二次設(shè)備動作正確，對故障相別相應位置氣室進行SF6氣體分解產(chǎn)物測試結(jié)果見表1所示。7522斷路器靠75221側(cè)C相電流互感器氣室分解產(chǎn)物SO2及H2S嚴重超標，判斷放電故障位于該氣室，如圖1所示。

表1 故障跳閘線路C相各氣室氣體組分檢測數(shù)據(jù)表

圖1 故障氣室平面布置圖

1.2 檢查情況

1.2.1 現(xiàn)場檢查

2018年11月21日，故障氣室進行氣體回收及開蓋檢查，發(fā)現(xiàn)7522斷路器靠75221側(cè)隔離開關(guān)CT氣室殼體內(nèi)壁附著大量灰白色粉塵，靠7522斷路器側(cè)盆式絕緣子表面已被放電黑灰色產(chǎn)物覆蓋，盆子壓接金屬法蘭靠導體側(cè)可見大面積燒熔痕跡，見圖2。

圖2 7522斷路器靠75221隔離開關(guān)側(cè)CT氣室開蓋檢查

1.2.2 解體檢查

2018年12月4日-6日，對7522斷路器及兩側(cè)CT氣室、75221隔離開關(guān)氣室設(shè)備進行返廠解體檢查，直觀現(xiàn)象與現(xiàn)場檢查結(jié)果一致，故對盆式絕緣子進行了進一步檢查及檢測：

(1)分解物取樣分析

對故障盆式絕緣子表面及電連接屏蔽罩、CT筒體內(nèi)及故障盆式絕緣子分解物取樣并分析。結(jié)果為：無其他引入的金屬雜質(zhì)元素。

(2) 盆式絕緣子檢查

故障盆子整體清擦后可確定主放電通道(如圖3黑色曲線)及多條電樹枝及貫穿放電痕跡(如圖3白色虛線)，結(jié)合現(xiàn)場情況判斷其他電樹枝為重合閘時形成的二次放電。

圖3 故障盆式絕緣子表面電樹枝及導電通道

故障盆式絕緣子進行X射線檢查、解體檢查、玻璃化溫度檢測均符合技術(shù)要求。

1.2.3 隔離開關(guān)解體檢查

拆解75211隔離開關(guān)高位盆式絕緣子，可見內(nèi)部觸頭及底部無放電痕跡及異物，氣室底部清潔；更換75211隔離開關(guān)高位盆式絕緣子，注氣后進行特性試驗，測試數(shù)據(jù)合格。

2 故障原因分析

由盆式絕緣子表面情況判斷放電主路徑為7522斷路器靠75221側(cè)盆式絕緣子(CT氣室側(cè))電連接屏蔽罩至盆子壓接金屬法蘭靠導體側(cè)沿盆式絕緣子表面發(fā)展的沿面閃絡(luò)，根據(jù)運行條件、異物來源及放電路徑對盆式絕緣子放電原因進行綜合分析。

2.1 運行條件改變,VFTO造成放電

在75221隔離開關(guān)從斷開到閉合的操作過程中，發(fā)生故障。故根據(jù)當時運行條件對該變電站800 kV GIS設(shè)備各節(jié)點的VFTO進行了計算，計算時按電源電壓與負荷側(cè)殘余電荷(1.0 p.u.)極性相反時重燃從嚴考慮。計算發(fā)現(xiàn)75221隔離開關(guān)、7522斷路器靠75221隔離開關(guān)側(cè)CT、7520斷路器為計算中相對較大的點，峰值電壓最大為1 713 kV，未達到800 kV GIS的雷擊耐雷水平2 100 kV，正常絕緣水平下，該VFTO不應造成GIS故障。

2.2 盆式絕緣子表面異物造成放電

2.2.1 檢修過程引入異物或金屬顆粒

通過對該間隔設(shè)備自投運至故障前的運行情況及帶電檢測情況檢查，排除了在運維檢修階段帶入異物雜質(zhì)以及氣室底部存在自由金屬顆粒的可能。

2.2.2 出廠、施工過程異物的進入

設(shè)備在出廠和施工過程中異物的來源有兩種途經(jīng)：

(1)現(xiàn)場對接筒體及導體時帶入異物，盆式絕緣子清擦不到位，且對接后無法對對接面盆式絕緣子進行二次清擦及點檢，屬于安裝過程中的盲區(qū)，故對接過程中引入的異物無法直觀的發(fā)現(xiàn)并清理。

(2)設(shè)備出廠前盆式絕緣子法蘭與壓接法蘭壓接過程中，壓接面密封涂抹的密封劑過量，長期運行后密封劑液化逐漸沿緊固螺栓及密封圈溢出。

2.3 放電路徑分析

經(jīng)檢查盆式絕緣子表面沿面閃絡(luò)，且主放電通道的放電路徑在盆式絕緣子表面出現(xiàn)“拐彎”的情況，如圖4所示。從主放電通道“拐點”處的取樣成分分析中可見碳元素含量均超過60 %，可推斷在這幾個碳沉積部位放電強度大、電場較為集中，疑似存在異物。

圖4 主放電通道

結(jié)合異物來源進行放電原因分析：

(1)現(xiàn)場氣室對接時帶入異物，由于盆式絕緣子絕緣裕度足夠，在交流耐壓過程中并未發(fā)生絕緣擊穿或閃絡(luò)，設(shè)備投運后經(jīng)歷過多次操作，且該隔離開關(guān)未加裝并聯(lián)分合閘電阻，故每次操作時的VFTO都會作用在故障盆式絕緣子上。異物附著在盆式絕緣子表面改變了電場分布，逐漸發(fā)展成為電樹枝，由于“累積效應”電樹枝的發(fā)展逐漸惡化，直至恢復供電電操作時的VFTO導致電樹枝發(fā)展為貫通的導電通道，最終盆式絕緣子沿面閃絡(luò)。

(2)若在出廠裝配時壓接法蘭與盆式絕緣子法蘭間密封劑涂抹過量，在設(shè)備交接及初期運行過程中不一定會出現(xiàn)問題，但密封劑在長期運行過程中逐漸液化，體積增大，沿壓接法蘭緊固螺栓及密封圈流出(圖5)，同時在整個壓接面向下流動，從壓接縫隙中流出(圖6)。故障盆式絕緣子對側(cè)隔離開關(guān)高位盆式絕緣子對接面拆解后也可見大量密封劑(圖7)。

圖5 疑似密封劑溢出痕跡

圖6 壓接縫隙流出密封劑

圖7 盆式絕緣子密封面

液化的密封劑可稱為“流體異物”，若在無界面壓力的情況下會受重力作用沿圖8中標出的1號軌跡及2號軌跡下落，流經(jīng)導體落至垂直對應位置，但因為運行中的設(shè)備充有SF6氣體，其氣室額定壓力為0.5 MPa，氣體壓力和重力的合成力作用在“流體異物”上，極有可能以3號軌跡沿盆子內(nèi)壁流動，且“流體異物”本身有粘滯系數(shù)，與其流過的表面存在摩擦，流速較慢。放電路徑上“拐點”均是盆式絕緣子表面曲率半徑較小的位置，如圖8所標位置，“流體異物”的流速在這些位置會進一步減慢，形成聚集。

圖8 溢出密封劑流動、滴落示意圖

結(jié)合本次母線供電時操作隔離開關(guān)產(chǎn)生的過電壓，初步判斷為“流體異物”在盆式絕緣子表面聚集改變了電場分部，在過電壓的作用下引發(fā)了沿面放電，主放電路徑發(fā)生方向改變的位置即為“流體異物”聚集的位置?！傲黧w異物”出現(xiàn)的時間并不短，隔離開關(guān)在運行過程中的操作過電壓的累計效應作用在盆式絕緣子上，逐漸形成主放電通道電樹枝，最終在恢復供電操作時引發(fā)通道貫通。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

根據(jù)返廠設(shè)備解體檢查發(fā)現(xiàn)的痕跡、分解物取樣成分分析以及VFTO仿真計算結(jié)果初步判斷,造成本次盆式絕緣子發(fā)生沿面閃絡(luò)故障的主要原因為：盆式絕緣子表面附著“流體異物”，導致電場分布的改變，在隔離開關(guān)操作產(chǎn)生VFTO的作用下，沿盆式絕緣子表面按照異物流動軌跡及聚集點的排列與盆式絕緣子壓接法蘭之間形成貫通的導電通道，導致發(fā)生單相接地短路故障。

異物的來源：設(shè)備出廠前，壓接法蘭與盆式絕緣子法蘭壓接過程中密封面涂抹的密封劑過量，長期運行后密封劑液化，沿緊固螺栓及密封圈溢出，由于重力及氣室壓力的作用形成“流體異物”并或沿盆子內(nèi)壁向6點鐘方向流動，在盆子曲率半徑較小的位置聚集。

本次放電故障可分為兩個階段：第一階段，形成貫通導電通道后能量的釋放導致氣室內(nèi)部產(chǎn)生大量分解物，氣體絕緣降低，分解物附著在CT氣室內(nèi)壁及盆式絕緣子表面，沿面電弧的高溫將電連接屏蔽罩表面燒熔，金屬熔點沿電場方向飛濺在盆子底部；第二階段，重合閘時形成，由于發(fā)生的是單相接地故障，暫態(tài)地電位和GIS殼體暫態(tài)電位升高，且該氣室及盆式絕緣子整體絕緣強度嚴重破壞，電場兩極電位差降低，二次放電的發(fā)展不再是單純的由導體向地電位發(fā)展，而是電極兩側(cè)同時發(fā)展，除主放電通道外，盆子表面再次出現(xiàn)發(fā)展方向不同的多處電樹枝和放電通道。

就此次故障來看，單純的過電壓或者盆子表面異物并不能導致CT氣室盆式絕緣子的沿面閃絡(luò)，故障的發(fā)生是兩方面因素共同作用的結(jié)果。

3.2 建議

3.2.1 防止雜質(zhì)、異物進入GIS設(shè)備

提升廠內(nèi)盆式絕緣子裝配質(zhì)量及現(xiàn)場設(shè)備對接工藝質(zhì)量，加強質(zhì)量控制，增加點檢部位并形成過程資料，真正做到檢查無死角，全覆蓋。

3.2.2 采取有效措施降低VFTO的危害

目前在限制VFTO的措施中最有效的應用是在隔離開關(guān)斷口并聯(lián)分合閘電阻，操作時先串入電阻，利用其阻尼作用使行波上升時間減小，降低過電壓的陡度，使重燃減少或不發(fā)生，同時吸收VFTO的能量降低過電壓幅值。