彭 潔，任繼云，董生成，羅仲全，王克榮

(國網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院,青海 西寧 810008)

0 引言

某750 kV變電站丁線丙斷路器A相跳閘，其一次接線圖如圖1所示，750 kV丁線RCS-931BM光纖差動保護(hù)跳閘，750 kV丁線CSC103A光纖差動保護(hù)動作，相電流值7.09 A，零序電流7.81 A，差動電流8.75 A(變比2 500/1)。750 kV丁線故障錄波啟動，丙斷路器跳閘出口，丙斷路器保護(hù)動作，丙斷路器重合閘動作，重合成功(其中乙斷路器處于檢修狀態(tài))。

圖1 某750 kV變電站丁線一次接線圖

丙斷路器相關(guān)信息見表1。

表1 丙斷路器銘牌信息

1 異常檢查情況

1.1 外觀檢查

丙斷路器重合成功后，丁線丙開關(guān)A、B、C三相均在“合閘”位置，丙開關(guān)SF6壓力及液壓壓力正常。750 kV丁線出線壓力正常，其余一次設(shè)備正常，設(shè)備外殼未發(fā)現(xiàn)灼傷漏氣情況〔1〕。

1.2 重合閘后帶電檢測

對丁線A相進(jìn)行SF6氣體組分檢測〔2〕和超聲波局部放電檢測〔3〕，檢測結(jié)果如下：

1.2.1SF6氣體組分檢測

對丁線A相分支母線靠近線路側(cè)氣室進(jìn)行分解產(chǎn)物檢測，檢測數(shù)據(jù)見表2。

表2 SF6氣室分解產(chǎn)物檢測結(jié)果 單位：μL/L

1.2.2 超聲波局部放電檢測

超聲局放檢測測點(diǎn)布置如圖2所示，檢測結(jié)果見表3。

圖2 超聲局放檢測測點(diǎn)布置圖

表3 超聲局放檢測數(shù)據(jù)表 (背景值0.2/1.0 mV)

1.3 停電解體檢查

1.3.1 母線筒檢查

對丁線A相分支母線開蓋檢查，先打開第一節(jié)母線筒手孔蓋，內(nèi)部附著大量白色粉塵，沒有燒灼痕跡。

打開第四節(jié)母線筒手孔蓋，殼體內(nèi)壁附著大量白色粉塵，有燒灼痕跡，判定為檢修手孔蓋處導(dǎo)體對筒體放電，導(dǎo)體對筒體放電情況如圖3及圖4所示。

圖3 放電位置

圖4 導(dǎo)體對筒體放電情況

1.3.2 燒灼痕跡測量及熔渣采樣

對筒體燒蝕痕跡進(jìn)行測量，燒蝕深度大4.0 mm，直徑為3.5 mm；將導(dǎo)電桿取出，可以看到導(dǎo)體表面燒蝕嚴(yán)重，表面形成許多尖刺。筒壁及導(dǎo)體燒灼情況如圖5所示。

圖5 筒壁及導(dǎo)體燒灼情況

將筒體底部的熔渣進(jìn)行采樣，如圖6所示。

圖6 熔渣樣品

1.3.3 支撐絕緣子檢查

檢查兩側(cè)支撐絕緣子，表面完好，即放電未涉及絕緣，只是間隙擊穿。擊穿后SF6絕緣性能雖然降低，但仍能滿足運(yùn)行電壓的絕緣條件，故重合成功。放電氣室兩側(cè)支撐絕緣子情況如圖7所示。

圖7 放電氣室兩側(cè)支撐絕緣子情況

1.3.4 吸附劑罩及吸附劑袋檢查

檢查放電氣室吸附劑罩，發(fā)現(xiàn)吸附劑罩篩眼大小不一，并有兩個篩眼連通的情況，吸附劑顆粒也大小不一。檢查吸附劑袋捆扎情況，發(fā)現(xiàn)吸附劑袋口捆扎不緊，從袋口可以看到吸附劑顆粒。取出吸附劑袋發(fā)現(xiàn)吸附劑罩內(nèi)有一顆吸附劑顆粒。繼續(xù)檢查相鄰吸附劑罩，發(fā)現(xiàn)也有一個吸附劑顆粒遺留在屏蔽罩內(nèi)。相關(guān)情況如圖8及圖9所示。

圖8 吸附劑罩篩孔及吸附劑顆粒大小不一

圖9 吸附劑袋及吸附劑罩情況

2 異常原因分析

2.1 SF6氣體組分檢測數(shù)據(jù)及超聲局放數(shù)據(jù)分析

SF6氣室分解產(chǎn)物檢測結(jié)果表見表2，依據(jù)輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程要求，SO2超過標(biāo)準(zhǔn)值，并出現(xiàn)微量的H2S，初步判斷內(nèi)部有放電性故障。

超聲局放檢測數(shù)據(jù)表見表3，相關(guān)分析如下：

(1)從有效值和峰值幅值而言，測點(diǎn)2信號明顯強(qiáng)于測點(diǎn)1，且伴隨明顯的50 Hz和100 Hz相關(guān)性，證明該氣室內(nèi)部存在較明顯的局部放電現(xiàn)象。

(2)從50 Hz和100 Hz相關(guān)性幅值而言，50 Hz相關(guān)性的幅值較100 Hz相關(guān)性高，且信號幅值較為穩(wěn)定，呈現(xiàn)出較為明顯的尖端缺陷引起的放電特征。通過調(diào)整超聲波局部放電檢測儀上限截止頻率，發(fā)現(xiàn)上限值從100 kHz減小到50 kHz后，50 Hz相關(guān)性和100 Hz相關(guān)性沒有變化。造成該現(xiàn)象的主要原因是由于在GIS設(shè)備內(nèi)部SF6氣體對高頻信號衰減比低頻更為明顯，因此調(diào)整上限截止頻率，信號幅值并未減小，可以判斷該為金屬導(dǎo)桿上的金屬尖端缺陷。

(3)當(dāng)金屬導(dǎo)桿上有尖端缺陷時，在低能量放電下，僅呈現(xiàn)50 Hz相關(guān)性。隨著局部放電的發(fā)展，會呈現(xiàn)出100 Hz相關(guān)性。造成該現(xiàn)象的主要原因是，由于金屬尖端缺陷引起的局部放電現(xiàn)象較為明顯，導(dǎo)致尖端表面聚集大量的放電離子，在放電離子云團(tuán)和筒體之間形成極板效應(yīng)，使放電信號呈現(xiàn)出一定的懸浮放電特征，因此出現(xiàn)100 Hz相關(guān)性，且超聲波信號峰值/有效值>10，說明該尖端引起的局部放電危險程度較高，屬嚴(yán)重缺陷，應(yīng)立即停電處理。

2.2 過電壓分析

經(jīng)查詢雷電定位系統(tǒng)，以該750 kV變電站為圓心，以10 km為半徑，以異常發(fā)生前半小時至發(fā)生后半小時為時間段進(jìn)行查詢，該變電站附近無落雷，由此可以排除外部過電壓的影響。

同時，異常發(fā)生時系統(tǒng)無任何倒閘操作，可以排除操作過電壓等內(nèi)部過電壓的影響。

2.3 材料元素分析

2.3.1 材質(zhì)成分

設(shè)備生產(chǎn)廠家提供筒體、導(dǎo)體、絕緣漆的化學(xué)成分見表4、表5。

表4 筒體及導(dǎo)體成分

續(xù)表4

表5 絕緣漆成分

從廠家提供的相關(guān)材料的成分來看：

(1)筒體材料中不含Ca元素，有極少量Si元素；

(2)導(dǎo)體材料的成分與筒體成分類似，其中也不含Ca元素，有極少量Si元素；

(3)絕緣漆材料的成分為有機(jī)化合物，其中沒有Ca、Si元素。

2.3.2 現(xiàn)場取樣成分分析

為分析導(dǎo)電桿對筒體放電的原因，將現(xiàn)場吸附劑、放電氣室熔渣取樣并進(jìn)行能譜分析。其中吸附劑顆粒作為一號樣品，放電氣室采樣熔渣作為二號(見圖6左圖)、三號樣品(見圖6右圖)，打磨的筒體鋁絲作為四號樣品，將四種樣品進(jìn)行能譜分析，分析結(jié)果如圖10所示。

圖10 樣品能譜分析結(jié)果

(1)由于樣品四為筒體打磨時產(chǎn)生的，將樣品四能譜分析結(jié)果與廠家提供筒體材料成分進(jìn)行比對，能譜分析結(jié)果中顯示Mg元素為2.18%，F(xiàn)e元素為0.49 %，而筒體材料成分中Mg元素為2.2%～2.8%，F(xiàn)e元素為0.4%，具有對應(yīng)性，從而驗證了能譜分析的有效性。

(2)二號樣品中存在F和S元素，是由于放電時將六氟化硫氣體電離，致使放電遺留物中F和S含量較高。

(3)樣品二和樣品三中出現(xiàn)了Si元素，含量分別是1.75%和2.15%，而筒體材料中Si的含量僅為0.25%，導(dǎo)體材料中Si的含量最大為0.6%，同時樣品四中沒有Si元素，所以樣品二和樣品三中的Si元素為外來元素。

(4)樣品二和樣品三中還出現(xiàn)了Ca元素，含量分別是0.52%和1.56%，而筒體和導(dǎo)體材料中都沒有Ca元素，所以樣品二和樣品三中的Ca元素為外來元素。

(5)樣品二和樣品三中的Si元素和Ca元素，與樣品一有較好的對應(yīng)性，且含量小于樣品一中Si元素和Ca元素的含量。

(6)樣品二、三中未發(fā)現(xiàn)Cr、Ni、V、Ti等合金元素，故不銹鋼的可能性極小。

綜上所述，導(dǎo)致導(dǎo)體對筒體放電的原因可能是吸附劑散落在筒體中。

2.4 電場仿真計算

根據(jù)現(xiàn)場采樣成分分析結(jié)果，采用ansoft軟件進(jìn)行相關(guān)電場仿真計算。根據(jù)設(shè)備的實際尺寸及相對位置，建立一個二維模型，如圖11所示，其中吸附劑顆粒直徑設(shè)為3 mm。為保證仿真的有效性，根據(jù)吸附劑的主要成分沸石，來設(shè)置相對合理的參數(shù)。沸石中主要成分為62.8 %二氧化硅(介電常數(shù)4～12，電導(dǎo)率10-15～10-10)，其次為13.46 %三氧化二鋁(介電常數(shù)6.5，電導(dǎo)率9)；可以預(yù)測沸石實際的介電常數(shù)仍維持在4～12之間，電導(dǎo)率會略高于0，故此次仿真將吸附劑的介電常數(shù)設(shè)置為4，電導(dǎo)率設(shè)置為0。

圖11 局部模型

整體場強(qiáng)分布如圖12所示，由圖13局部場強(qiáng)分布可以看出，顆粒的出現(xiàn)對電場分部有較大影響，不再均勻降低。其中吸附劑顆粒處水平方向場強(qiáng)最大為7.029 kV/mm，垂直方向場強(qiáng)最大為16.9 kV/mm，如圖14及圖15所示，吸附劑顆粒處場強(qiáng)最大值大于殼體表面允許場強(qiáng)14 kV/mm。

圖12 整體場強(qiáng)分布圖

圖13 局部場強(qiáng)分布圖

圖14 場強(qiáng)水平方向示意圖

圖15 場強(qiáng)垂直方向示意圖

4 結(jié)語

調(diào)閱丁線A相故障前試驗記錄，檢測數(shù)據(jù)合格，可以排除前期檢修階段遺留尖端缺陷的可能性；檢查丁線A相分支所有絕緣件未受損，可以排除絕緣缺陷的可能性；查詢雷電定位系統(tǒng)，可以排除外部過電壓的影響；異常發(fā)生時系統(tǒng)無任何倒閘操作，可以排除操作過電壓等內(nèi)部過電壓的影響；

放電熔渣能譜分析未發(fā)現(xiàn)Cr、Ni、V、Ti等合金元素，故不銹鋼的可能性極?。槐葘悠放c吸附劑成分，發(fā)現(xiàn)其中Si、Ca元素有一定的對應(yīng)性，可以初步判斷有吸附劑顆粒散落在筒體中；根據(jù)現(xiàn)場采樣成分分析結(jié)果，進(jìn)一步進(jìn)行電場仿真計算，計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)筒體底部存在吸附劑顆粒時，會引起電場發(fā)生畸變。

綜上所述，引起丁線A相出現(xiàn)異常的原因為吸附劑顆粒散落在筒體中導(dǎo)致電場畸變，從而間隙擊穿。

因吸附劑散落在筒體中導(dǎo)致線路出現(xiàn)異常，暴露出GIS裝置在設(shè)計、驗收、運(yùn)維等方面存在著問題，在后續(xù)工作中，需對吸附劑的選擇、吸附裝置的設(shè)計進(jìn)行科學(xué)合理的論證，在驗收過程中應(yīng)加強(qiáng)對吸附裝置的檢查，加強(qiáng)對設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常后及時進(jìn)行處理，避免此類異常再次發(fā)生。