110 kV GIS組合電器中流變二次回路開路故障處理

洪文生

（國網馬鞍山供電公司，安徽 馬鞍山 243011）

110 kV GIS組合電器中流變二次回路開路故障處理

洪文生

（國網馬鞍山供電公司，安徽 馬鞍山 243011）

針對110 kV組合電器配電裝置中流變的特點，介紹運行中流變二次回路開路，詳細分析故障產生的原因、發展過程，分析表明流變二次接線端子材質不符合要求及流變二次端子箱蓋板設計不當是造成故障的主要原因。通過對流變二次接線端子材質的精選和流變二次端子箱蓋板優化設計，從根本上杜絕了此類故障的發生。

流變；二次回路；開路；故障處理

電流互感器是電力系統中一次主設備之一，按電磁交換原理工作，其一次繞組串接在線路里，二次繞組接儀表和保護端子。一次繞組內的電流取決于線路的負荷電流，與二次負荷無關。由于接在二次側的電流表和保護系統控制回路的各類繼電器的電流線圈阻抗都很小，所以電流互感器在正常運行時，接近于短路狀態，這是電流互感器與變壓器的主要區別［1］。電流互感器帶電運行時二次回路側發生故障將產生嚴重的安全隱患，主要表現為開路和短路2種狀態。電流互感器運行中觸點接觸不良、觸點損壞、人為短接或斷開、互感器損壞等故障在電流回路中均可歸結為開路或短路現象，開路則容易導致電力安全事故［2］。

1 故障過程

2012年3月10日9：42，南方某市220 kV變電站110 kV臨鐵8854保護裝置告警，報“臨鐵8854流變C相無電流輸出”。經繼電保護和檢修人員現場測量檢查，發現臨鐵8854流變C相端子有斷裂，如圖1所示。對其它相鄰間隔進行檢查發現2號主變802、臨采8853、臨恒8855間隔均有流變二次端子斷裂現象。

圖1 臨鐵8854流變B、C相端子

2 初步診斷

在該變電站基建驗收階段，所有流變回路各相各組別均已通過一次通流／采樣試驗，臨鐵8854開關保護及母差流變回路通過向量測試，且據運行人員描述，8854線路初期三相電流無異常。

現場在打開流變端子箱時，發現箱體內滲入一定量積水，且在頂部流變接線樁周邊有較多凝露及水滴，如圖1所示，接線樁及線頭均有一定程度的銹蝕現象，端子箱蓋板有大量積水且無法排出，如圖2所示。

圖2 臨鐵8854流變端子箱蓋板

2月下旬該市降雨連續不斷且雨量較大，使得端子箱內部積水且無法排出；該變電站處于鋼鐵公司和發電廠交匯重污染區中心，雨水中含有大量酸性物質，使銅接線柱有氧化和酸化的條件，致使銅接線柱快速氧化。經現場對接線柱的仔細觀察，發現接線柱銅質中含有其他金屬成分，材質不純。

通過上述分析，可初步判斷以下原因造成接線柱斷裂。

a.近期天氣連續降雨，使端子箱內部有凝露和積水。

b.流變二次端子箱蓋板設計不合理，造成內部積水無法排出。

c.流變二次接線柱所用銅質材料純度不夠。

3 試驗分析

3.1 宏觀檢查

宏觀檢查結果顯示接線柱斷裂位置距根部約有6 mm距離，應為壓接導線的螺母位置，此位置在螺母擰緊過程中應力集中較大，如圖3所示。

同時接線柱外部發現大量的白色和綠色腐蝕產物，經能譜分析：白色腐蝕產物為Zn的氧化物，綠色腐蝕產物為Cu的氧化物。因此接線柱斷裂失效的主要原因為應力腐蝕。另外，在安裝時螺母壓接銅線過程中，使用過大的力矩容易使螺紋根部產生損傷，而TA接線盒密封不嚴，在潮濕環境中，螺紋損傷處產生腐蝕，導致萌生應力腐蝕裂紋逐漸擴大，最終斷裂失效。

圖3 TA二次接線板形貌

3.2 成分分析

通過圖4金相組織顯示發生失效的接線柱，組織中白色相含量明顯高于未發生失效的接線柱，且硬度高于未失效接線柱。而發生失效斷裂的接線柱斷口為解理斷裂、脆性斷裂特征，故接線柱生產過程中熱加工不當導致過多的脆性β′相存在，是接線柱發生失效斷裂的重要原因［3］。

3.3 斷口分析

為了與發生失效斷裂的接線柱相比較，人為掰斷1個未斷裂的接線柱。將發生斷裂的接線柱斷口和人為破壞的接線柱斷口清洗過后置于掃描電子顯微鏡下進行斷口分析，如圖5所示。

從斷口可以看出，人為破壞的斷口為韌窩聚集性斷口特征，韌性特征明顯。發生失效斷裂的斷口呈解理斷裂，局部存在較少的韌窩，脆性特征明顯［4］。分析流變接線柱斷裂的原因如下。

a.螺紋損傷處產生腐蝕，導致萌生應力腐蝕裂紋并逐漸擴大，最終斷裂失效。

b.生產過程中熱處理加工不當導致過多的脆性β′相存在，是接線柱發生失效斷裂的重要原因。

c.接線柱材質中銅含量過低也可能是接線柱斷裂的原因之一。

圖4 接線柱金相組織

圖5 電鏡下觀察人為破壞斷口和失效斷口

4 改進措施

4.1 選用優質銅材

依據標準GB／T 2314—2008《電力金具通用技術條件》第5部分“材料及防腐”第5條規定：以銅合金制造的金具，其銅含量不低于80%。此標準適用于額定電壓在35 kV以上架空電力線路、變電站及電廠配電裝置用的金具［5］。經與流變廠家協調溝通，江蘇某互感器廠愿意改用符合國標中銅含量不低于80%的要求生產此類銅接線柱。為此，原材料的材質問題得以解決。

4.2 優化端子箱蓋板設計

如圖6所示，首先對端子箱蓋板的四周進行技術處理，使外面的雨水不易流進端子箱；同時在其中1個拐角開鑿Ф17.5 mm的排水排氣孔，若里面有積水和凝露可以通過小孔流出來，保持流變端子箱內部的干燥和通風。

圖6 優化后的端子箱蓋板

5 結論

經改造后，該110 kV GIS組合電器運行3年以來未發生流變二次回路開路故障，其他運行指標和主絕緣也處于良好狀態，設備運行正常。

流變二次回路改進建議為：在設備招投標時對合同中的電力金具材質按GB／T 2314—2008《電力金具通用技術條件》進行要求；在新建變電站投運時加強對主設備附件的驗收，包括對廠家設計的合理性和實用性；有條件時，對于第1次使用的電氣設備進行電力金具抽檢試驗。

［1］ 傅代印，葉 寧，鄭志勤，等.電子式電壓互感器研究與應用［J］.東北電力技術，2013，34（11）：19－22.

［2］ 王學超，王士偉，姚 亮.電流互感器飽和的原因淺析［J］.東北電力技術，2015，36（5）：36－40.

［3］ 金屬顯微組織檢驗方法：GB／T 13298—1991［S］.

［4］ 金屬材料布氏硬度試驗（第一部分：試驗方法）：GB／T 231.1—2009［S］.

［5］ 電力金具通用技術條件：GB／T 2314—2008［S］.

Fault Treating on Electrical Rheological Secondary Circuit Open in 110 kV GIS Combination

HONG Wen?sheng
（State Grid Maanshan Electric Power Supply Company，Maanshan，Anhui 243011，China）

According to rheological characteristics of distribution equipment for 110 kV combination unit，fault reason and developing process of electrical rheological secondary circuit open are described.The main reason of fault are that material of rheological secondary terminals does not meet the requirements and improper design of cover plate for the secondary terminals.Optimization design and mate?rial selection are conductd in this paper，all the problems of fault is resolved based on it.

Rheology；Secondary circuit；Open circuit；Fault treating

TM595

A

1004－7913（2016）04－0016－03

洪文生（1966—），男，學士，工程師，從事電力系統油氣技術監督與管理工作。

2016－01－21）