GIS設備盆式絕緣子放電故障分析

李曉梅

(國網(wǎng)山西省電力公司長治供電公司，山西 長治 046011)

GIS設備盆式絕緣子放電故障分析

李曉梅

(國網(wǎng)山西省電力公司長治供電公司，山西 長治 046011)

介紹了一起GIS組合電器設備盆式絕緣子放電故障的檢查和診斷情況，通過故障現(xiàn)象判斷和顯微鏡分析方法找出了故障的原因。為防止類似故障的再次發(fā)生，提出了嚴格作業(yè)工藝標準、加強運行維護等措施，確保GIS組合電器安全運行。

GIS盆式絕緣子；內(nèi)部放電；故障分析

0 引言

某220kV變電站投產(chǎn)于2007年12月，110kV，220kV側均采用室外GIS組合電器設備，且均為雙母線接線。正常運行方式下，220kV南、北母并列運行，271，273，275，277，279，201斷路器在南母運行，272，274，276，278，280，202斷路器在北母運行。2012-01-06T21:32:27，該站220kV母差保護RCS915AB、SGB750動作跳閘，跳開270，271，273，275，277，279，201斷路器，同時遠跳各線路對側斷路器，220kV南母失電。

1 故障跳閘后現(xiàn)場檢查情況

1.1 一次設備

站內(nèi)設備無異物搭掛等現(xiàn)象。220kV南母第3母線氣室與第4母線氣室的隔離盆式絕緣子等電位連接片的第3母線氣室側螺絲處有明顯漏氣聲音，用手觸試有明顯氣流，泄漏氣體有刺激性氣味。第3母線氣室壓力表壓力指示為0.54 MPa，第4母線氣室壓力表壓力指示為0.53 MPa，兩氣室壓力正在以0.01 MPa/10min的速率下降，并在監(jiān)控后臺相繼出現(xiàn)壓力降低告警信息。

1.2 二次設備

母差保護信息顯示，該站220kV南母線發(fā)生B相接地故障并發(fā)展為三相短路故障。B相故障2 ms后保護動作，52 ms后2套母線保護均快速動作，切除母聯(lián)270，271，273，275，277，279，201斷路器，并發(fā)遠跳令跳開各線路對側斷路器。

本次故障中，故障錄波器錄波完好。從錄波圖中可看出故障發(fā)展順序為：B相→C相→A相→故障切除。

1.3 現(xiàn)場檢測試驗

(1) SF6氣體成分測試。該變電站220kV南母第1，2，4，5母線氣室SF6氣體成分檢查無異常，第3母線氣室SF6氣體成測試發(fā)現(xiàn)H2S含量3.0ppm(1 ppm=0.001‰ )，SO2氣體含量60.9 ppm，微水含量211 ppm。因此，判斷在第3母線氣室內(nèi)部存在放電現(xiàn)象。

圖1 南母外觀及漏氣點示意

(2) 220kV南母絕緣電阻測試。A相對地102 MΩ，B相對地0.3 MΩ，C相對地22 MΩ；AB相間77 MΩ，BC相間20MΩ，CA相間95 MΩ。從絕緣測試結果分析，南母B相母線絕緣性能明顯受損。

(3) 內(nèi)窺鏡檢查。內(nèi)窺鏡儀器檢查，查明故障點是南母第3，4母線氣室之間絕緣盆放電。

1.4 故障部位解體檢查

將南母線第3，4母線氣室對接部位的絕緣盆及兩側罐體、第3母線氣室伸縮節(jié)拆除，解體檢查發(fā)現(xiàn)故障情況與內(nèi)窺鏡檢查基本一致。

絕緣盆的第3母線氣室側表面三相放電，自B，C相導體處出現(xiàn)絕緣盆裂紋，裂紋貫通至B相導體對應的底部絕緣盆邊緣，且局部有破損掉塊；第3母線氣室靠近絕緣盆處導體有放電痕跡；第3母線氣室內(nèi)粉塵嚴重，向第2母線氣室方向延伸粉塵量漸減；第3母線氣室端部罐內(nèi)壁熏黑。

絕緣盆第4母線氣室(見圖2)側表面也有裂紋，位置與另一面對應，裂紋略短，同時也有局部掉塊現(xiàn)象；氣室內(nèi)無粉塵，導體、支柱絕緣子未受損。

圖2 絕緣盆第4母線氣室側表面裂紋、B相局部破損

2 故障原因分析

2.1 故障現(xiàn)象判斷

通過對故障后現(xiàn)場檢查情況的分析，可確認故障由3，4母線氣室對接絕緣盆引起。該絕緣盆在安裝時受到隱性的輕微損傷，損傷點位于B相導體處。在長時間運行的振動力作用下，損傷點開裂，并向下順盆底延伸；當裂紋擴展至凹面邊緣時，使B相對地距離達到了最小極限，瞬間形成B相導體對地放電，放電瞬間罐體內(nèi)部絕緣性能急劇下降，導致三相短路跳閘。三相短路時，產(chǎn)生極大的電動力，使絕緣盆裂紋從漸變轉為突變，瞬間從凹面邊緣裂點擴散，分別裂至盆底邊及C相導體方向，并在凹面邊緣裂點處破碎。三相短路放電時，SF6氣體分解、劣化，形成白色粉末(SF6氣體在電弧作用下的分解物與鋁質(zhì)導體的反應物)。在B相導體至盆底邊緣形成裂紋后，氣室內(nèi)氣體向外泄漏。

2.2 實驗室深度分析

2.2.1 顯微鏡觀察分析

故障發(fā)生后，在實驗室對損壞的絕緣盆的直徑、平面度、厚度、螺孔的直徑及孔距、螺孔距絕緣盆中心距離等數(shù)值進行測量，用X射線數(shù)字成像技術對絕緣盆局部進行檢測，均無明顯異常。

將脫落塊置于顯微鏡下進行放大觀察，脫落塊外表面仍然保持光亮，外表面有2條裂紋(見圖3)。觀察斷裂表面，整個斷面呈脆性疲勞斷口，脫落物斷裂表面黑度不均勻，靠近絕緣盆邊緣的黑度最深，并逐漸變淺。脫落物斷裂面留下1個平坦的光滑區(qū)，為疲勞區(qū)，長13 mm，最寬處3.5 mm。脫落物邊緣明顯有放射區(qū)，此區(qū)域為裂紋源向外發(fā)散的起伏不平的放射狀斷面。根據(jù)斷口分析法則，放射性條紋指向裂源，可以明顯看出脫落物中心為裂源，斷口終斷區(qū)存在有二次裂紋(見圖4)。

圖3 塊狀脫落物外露側微觀形貌

圖4 塊狀脫落物斷裂表面微觀形貌

2.2.2 結論

(1) 絕緣盆開裂源位于塊狀脫落物中心。

(2) 脫落物靠近絕緣盆的邊緣黑度最深，并逐漸變淺，且其放射性條紋走向指向塊狀脫落物中心，由此可確定此區(qū)域為裂紋擴展的初始區(qū)域。當裂紋擴展到表面時，靠近盆子邊緣方向尖角處先行放電。該區(qū)域局部多次放電，形成嚴重灼傷，脫落物邊緣表面黑度較其他區(qū)域深，與微觀斷裂面顏色變化趨勢吻合，這與絕緣盆絕緣材料存在缺陷有關聯(lián)。

(3) 隨著放電和電弧熱所產(chǎn)生的材料熱應力作用的不斷擴展，造成表面裂紋發(fā)展。在裂紋擴展到一定程度時，材料結合強度降低，產(chǎn)生局部脫落物。最終在對地放電和相間放電的共同作用下，絕緣盆裂紋進一步擴展，造成此次開裂。

(4) 絕緣盆在制造過程中存在工藝不當現(xiàn)象。環(huán)氧樹脂加料攪拌不均形成凝塊，是絕緣盆表面開裂的主要原因；運輸和安裝過程中振動和受力不均，造成絕緣盆表面受力不連續(xù)，是開裂的誘因。

3 防范措施

3.1 嚴格執(zhí)行絕緣盆對接面密封工藝

GIS設備的對接面按密封方式可分為雙密封和單密封2類。雙密封對接面無注膠孔，密封膠墊為內(nèi)外2道，外側密封墊主要起防水作用，內(nèi)側密封墊主要起防漏氣作用。這類對接面組裝完成后，只需對外縫抹膠，不需注膠，主母線絕緣盆、罐體蓋及大部分法蘭都為此類對接。單密封對接面有注膠孔和注膠槽，只有防漏氣密封墊(靠近內(nèi)側)，無防進水密封墊(靠近外側)，間隔內(nèi)各絕緣盆、部分法蘭為此類對接。

對接面密封時應按以下工藝進行。

3.1.1 對接面外縫涂膠

清除表面灰塵→在對接法蘭環(huán)縫處貼膠帶→在間隙處涂抹防水膠并刮平→24 h固化→揭去膠帶。

3.1.2 注膠槽注膠

(1) 打開本對接面所有注膠孔，并檢查確認注入孔內(nèi)無異物→將壓縮空氣從一孔吹入，另一孔有氣體冒出。

(2) 將注膠接頭與法蘭盤注膠孔連接好，調(diào)節(jié)減壓閥壓力至500kPa，啟動空壓機開始注膠。

(3) 對于有2個注膠孔、水平安裝的法蘭，從任一注膠孔開始注入，剩余一個注膠孔四周內(nèi)壁均有膠液溢出即可。

(4) 對于有2個注膠孔、豎直安裝的法蘭，從位于下方的注膠孔注入，從上方注膠孔四周內(nèi)壁均有膠液溢出即可。

(5) 對于有4個注膠孔、水平安裝的法蘭，從任一注膠孔注入，從相鄰的注膠孔溢出膠液后用螺栓封死，直至最后一個注膠孔四周內(nèi)壁均有膠液溢出即可。

(6) 對于有4個注膠孔、豎直安裝的法蘭，從位于最下方的注膠孔注入，從相鄰的注膠孔溢出膠液后用螺栓封死，直至最后一個注膠孔四周內(nèi)壁均有膠液溢出即可。

(7) 注膠結束后，將流掛在表面上的余膠擦拭干凈，從注膠孔取下注膠接頭，立即擰緊封堵螺栓，封堵注膠孔。

此外，對密封膠彈性較差的豎向絕緣盆對接縫，應重新抹密封膠，但留底部不抹，以便進入絕緣盆邊緣的水分排出。

3.2 嚴格執(zhí)行安裝工藝

安裝過程中，要嚴格控制各對接罐體上、下兩面處于同一水平位置，前、后兩面也處于同一水平位置。當不滿足要求時，要及時在罐體承力點加裝墊塊進行調(diào)整，不得通過波紋管調(diào)整對接面的上、下、前、后切合度，以防絕緣盆受力不均，造成絕緣盆損壞。

3.3 加強日常維護

(1) 定期對運行GIS組合電器進行局部放電測試，及早發(fā)現(xiàn)內(nèi)部絕緣件損傷缺陷，防止缺陷擴展。

(2) 在冬季氣溫大幅變化期間，容易出現(xiàn)GIS設備漏氣故障，且多由絕緣盆裂紋引起，因此在出現(xiàn)此類缺陷時，要立即采取控制措施，盡快消缺，防止缺陷惡化造成短路故障。

(3) 在冬季要增加對GIS設備的巡視次數(shù)，特別要加強對各氣室壓力值的檢查，及時發(fā)現(xiàn)并消除漏氣缺陷。

2015-07-26。

李曉梅(1969-)，女，工程師，主要從事變電運維檢修管理工作，email：qx-lxm@163.com。