500 kV斷路器內部放電故障分析

郭 潔，孟 明，甄 利，霍鳳鳴 ，李曉峰，龐先海

（1.華北電力大學，河北 保定071000；2.河北省電力公司 河北 石家莊050021；3.河北省電力科學研究院 河北 石家莊050021）

1 概 述

近年來，550 kV罐式斷路器在河北南網多次發生放電故障。總的來說，550 kV罐式斷路器放電故障分為兩類，一類放電是運行中罐式斷路器內部突然放電；另一類是送電過程中當合上罐式斷路器某側隔離開關時，罐式斷路器內部隨即發生放電。河北南網罐式斷路器故障絕大多數為后一類。本文針對后一類故障特點，分析了550 kV罐式斷路器內部放電故障的原因，并提出防范措施。

2 故障現場分析

2.1 廉州站5043絕緣故障

2.1.1 故障現象

廉州站廉北II線檢修預試結束，5042斷路器轉基建，5041正在進行張廉線的基建擴建工作，其它設備為正常運行方式。

廉北II線檢修預試結束恢復送電過程中，現場運行人員在進行5043－2隔離開關合閘時，發生異常聲響，主控室綠燈閃爍并同時事故告警音響，保護室檢查500 kV母差保護RADSS動作，多個斷路器保護動作，廉北II保護動作。

2.1.2 故障點初步判斷

故障發生后，檢修人員進行了現場勘查，檢查發現5043－2隔離開關支持絕緣子、操作絕緣子無明顯損壞，隔離開關至5043斷路器的引線支持絕緣子及引線無異常、5043斷路器套管及機構、引線無異常。

對保護動作情況進行分析，5043斷路器保護簡圖如圖1所示。

圖1 保護裝置判定電流選取位置圖

由于兩套線路保護動作電流取自5043斷路器母線側TA線圈，因此故障點應在母線側TA的斷路器側，才能使線路保護能夠感受到故障電流，保護裝置動作跳閘。

5043斷路器保護電流取自廉北II側TA圈，由于5043斷路器保護沒有動作，并且母差保護裝置只有5013、5023、5033、5053、5063斷路器的電流值，因此判斷5043斷路器的線路側TA沒有感受到故障電流。

500 kV母差保護電流取自5043斷路器廉北II線側TA圈，由于5043廉北II線側TA圈未感受到故障電流，因此判斷故障點應該在5043斷路器內部母線側部分。

2.1.3 解體檢查

現場打開5043斷路器側面蓋板后，發現5043斷路器A相靜觸頭屏蔽罩對斷路器罐體有明顯的放電痕跡，罐體底部有放電產生的白色分解物及少量金屬顆粒，如圖2所示。

圖2 罐體內部放電痕跡

將斷路器滅弧室吊出罐體后，對罐體和滅弧室進行了詳細檢查，檢查中發現斷路器內部存在未參與放電的金屬異物和其它不明顆粒，見圖3所示，其中最大金屬異物長約3.5 mm左右，如圖4所示。

圖3 滅弧室內部未參與放電的異物

圖4 滅弧室內部異物大小參考

2.2 滄西5023故障分析

2.2.1 故障現象

500 kV滄西變電主變檢修預試工作結束，進行恢復送電操作。在合上5023－2刀閘時（此時5023開關尚在斷位），＃3主變和500 kV＃2母線的差動保護動作，跳開＃1主變5012開關、集滄線5043開關和滄驊I線5052開關。

故障錄波圖見圖5。

圖5 故障錄波圖

2.2.2 現場情況檢查

故障發生后，現場檢修人員立即進行了現場勘查：檢查5023－2刀閘支持絕緣子、操作絕緣子無異物及放電痕跡，刀閘至5023開關的引線支持絕緣子及引線無異常；檢查5023開關套管及機構、引線無異常。絕緣電阻、直流電阻測量和SF6氣體微水試驗，試驗結果均正常。

根據以上檢查結果，結合繼電保護動作信息，初步判斷故障原因為開關內部發生了閃絡。打開開關側面蓋板后，發現該開關母線側靜觸頭屏蔽罩對斷路器罐體有明顯的放電痕跡，開關內部未見異物，罐底部有放電產生的白色粉末及少許金屬顆粒；金屬顆粒判斷應為屏蔽環放電燒損產生（見圖6）。

圖6 5023開關內部放電點

3 原因分析

分析上述兩次故障可發現，放電故障均為滅弧室屏蔽罩對罐體放電，同時故障均發生在送電過程中。經統計，河北省公司系統先后發生過8次500 kV罐式斷路器內部放電故障［1］，且全部為該型斷路器，說明該型斷路器本身存在一定缺陷，經過與廠家研究協商，該型斷路器開始增設粒子捕捉器。

由于SF6斷路器內部絕緣采用不均勻電場結構，當有金屬微粒存在時，會改變原來產品內部的電場結構 。對LW13－500型斷路器內部存在金屬微粒情況下的場強進行模擬計算（模擬顆粒5×1 mm）表明，1 675 kV試驗電壓下，無金屬微粒處最大電場強度為25.5 kV/mm，金 屬 微 粒 表 面 的 電 場 強 度 為29 kV/mm，說明斷路器內部存在金屬微粒時將會大大降低內部絕緣強度，易發生放電故障［3］。

因為斷路器內部帶電部位中，屏蔽罩對罐體距離最小，因此是放電故障集中發生的部位。這主要是由于靜側屏蔽罩直徑最大，邊緣距離罐體最近，僅為150 mm，動側屏蔽罩邊緣對罐體距離為160 mm，合閘電阻屏蔽罩（如有）邊緣對罐體距離約為175 mm。

由于雜質對組合電器（包括罐式斷路器）內部電場影響極大［4］，斷路器操作時會引發振動，以及斷路器操作時產生的氣流吹動金屬微粒，使金屬微粒發生位移。當金屬微粒位移至導電部分附近時，其端部在電場作用下可能浮起，從而進一步造成開關內部絕緣降低，誘發絕緣性故障。至于合刀閘也能引發故障，則主要是由于斷路器在送電前檢修試驗或保護傳動操作時的振動以及操作的氣流已使金屬微粒移位至屏蔽罩與罐體之間，同時合刀閘時會產生操作過電壓，從而引發放電故障。

4 改進措施

4.1 對該型斷路器結構缺陷進行改進

初步對該型斷路器罐體進行了改進，在罐體底部靜側屏蔽罩下方增加了粒子捕捉器。再次對斷路器進行改進，加大了罐體直徑，由原來的900 mm增加至1 000 mm，同時對滅弧室進行了改造，將靜側屏蔽罩由兩片對接改為一體式，靜觸頭改為整體式，并將改進后的產品命名為LW13A－550型。

經過改進，斷路器罐體內的金屬微粒等異物在運動至靜側屏蔽罩附近時就會落入粒子捕捉器中，由于粒子捕捉裝置的屏蔽作用，使金屬粒子因失去電場的作用靜止在捕捉裝置中；另外增大了斷路器罐體直徑后，1 675 kV試驗電壓下罐體內部最大電場強度由25.5 kV/mm降低至22 kV/mm，從而大大提高了絕緣裕度，降低了放電幾率。同時改進滅弧室后電場分布更加均勻，靜觸頭改為整體式后改進了觸頭對中效果，有效降低了由于觸頭分合閘時碰撞產生金屬微粒的機會［5］。

4.2 加強廠內組裝時的工藝控制

一般來說廠內組裝的環境控制較嚴，如滅弧室的組裝在特殊車間進行，這對雜質控制極為有利，并且出廠耐壓試驗也應能證明在出廠前后一小段時間內，斷路器內部表面是清潔的。但仍不能保證運行一段時間后雜質是否還會繼續脫落，因為現場安裝完畢后，還要進行幾十次甚至上百次［4］的傳動調試操作，它對帶電后雜質是否繼續脫落應該是有影響的。所以廠內工藝控制應注意還有哪些元器件可能存在隱蔽的短時內不易盡快脫落的雜質，如粘在復雜結構件縫隙間的（梅花觸頭觸指間遺留物、空心件毛刺、尚未完全斷裂的螺紋、用指甲油作標記的指甲油凝固物、絕緣件表面的漆皮等）不易清除的雜質，這些應作為重點進行工藝控制專項研究，并采取必要的和有效的工藝控制措施。

4.3 安裝現場的清潔度控制

應該認識到，現場安裝的清潔度控制十分必要，否則將降低甚至失去工廠內組裝時的清潔度控制的意義。

現場除了濕度和大風天氣粉塵控制，還應注意防止蚊蠅等小動物進入罐體，尤其夏季經常有成群的蒼蠅圍在罐體開口處，由于罐內結構復雜，一旦這些小動物飛入罐體內是很難清理的，所以應研究現場安裝時的清潔度保持措施和工藝制度，如搭建帳篷或建立安裝小室，并建立進出入的管理制度和其它管理措施。

5 結束語

目前絕大部分特高壓斷路器為罐式斷路器，從設計方面分析，罐式斷路器運行可靠性高，抗地震能力強，應該是較受用戶歡迎和信任的電器產品，所以應從細節上進一步完善和加強罐式斷路器廠內組裝、現場安裝等方面的工藝措施，保證罐式斷路器的優異性能。

［1］ 500kV罐式斷路器治理方案［R］.2007.

［2］ 黎 斌.SF6高壓電器設計（第三版）［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［3］ 西開產500 kV罐式斷路器治理方案［R］.2007.

［4］ 王童琳，高自偉.500kV罐式斷路器交流耐壓試驗［J］.東北電力技術，2009，（6）：25－26，52.

［5］ 500 kV罐式斷路器改造可行性報告［R］.2008