500kV斷路器內部放電故障分析

張建祿 王志亮 張曉東 修翔耀 孫煒

摘 要：本文詳細分析了兩個典型的斷路器跳閘，將故障斷路器進行解體檢查，發現出現問題的原因，總結出常見的斷路器放電故障是由隱藏不容易簡單去除的雜質在運行中掉落而導致，并提出了一些建議措施。

關鍵詞：罐式斷路器；內部擊穿；故障原因；故障分析；措施

中圖分類號：TM561 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）08-0158-01

1 前言

隨著超高壓電網的迅速發展，500kV斷路器的使用量大大增加，其運行情況比220kV電網復雜得多。傳動機構的故障和滅弧室故障是高壓斷路器的典型故障。它們具有高隱蔽性、故障易于惡化和擴展、檢測能力低等特點。分析500kV斷路器內部放電故障現象，改善檢測手段，總結了反事故措施對長期安全穩定運行的斷路器具有十分重要的意義。

2 故障分析

2.1 故障點初步判斷

線路檢修預試結束，斷路器轉基建，其他斷路器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。線路檢修預試結束恢復送電過程中，現場運行人員在進行合閘和隔離開關時，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500kV母差保護RADSS動作，多個斷路器保護動作。故障發之后生，維修人員對現場進行調查，檢查顯示5043-2隔離開關支撐絕緣子，絕緣子操作沒有明顯損壞，隔離開關到5043斷路器主支撐絕緣子，沒有異常，5043路斷路器外殼和機構，沒有異常。由于5043路斷路器母線側的兩套線路保護電流動作，因此故障點應該在斷路器的總線側TA側，使線路保護能感覺到故障電流，裝置跳閘做出保護動作。5043斷路器保護電流來自TA圈，因為5043斷路器沒有保護動作，差動母線保護裝置只有5013，5023，5033，5053，5063斷路器電流值，所以判斷5043的斷路器線路側沒有感覺到故障電流。500kV總線差動保護電流來自5043路斷路器的線路，因為5043線路沒有感覺到故障電流，所以判斷在5043斷路器內部母線側部分應該是故障點[1]。

2.2 解體檢查

現場打開5043斷路器側蓋后，發現5043斷路器A相靜止接觸頭屏蔽有明顯地放電到斷路器罐體，放電使罐底產生少量金屬顆粒和白色分解物。在斷路器滅弧室被吊出罐體后，詳細檢查了電弧室和罐體。斷路器的內部被發現有未知的顆粒和其他金屬異物。

2.3 現場情況檢查

線路檢修預試結束恢復送電過程中，現場運行人員在進行合閘和隔離開關時，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500kV母差保護RADSS動作，多個斷路器保護動作。故障發生后，維修人員立即對現場進行調查：檢查斷路器5023-2支持絕緣子、絕緣體、無異物及放電痕跡，刀閘開關至5023開關保險絲支持絕緣子和導線沒有異常；檢查5023機構和開關套管，沒有異常。直流電阻、絕緣電阻測量和SF6氣體微波測試的測試結果是正常的。根據上述檢測結果，與繼電保護動作信息相結合，故障的初始判斷是開關內出現閃絡。打開開關側蓋后，發現靜態觸點開關母線側擋板有明顯的放電痕跡，斷路器開關內部沒有異物，在罐底有少量金屬顆粒和白色粉末的產生；金屬顆粒應被認為是由屏蔽環放電損壞產生的[2]。

3 原因分析

線路檢修預試結束恢復送電過程中，現場運行人員在進行合閘和隔離開關時，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500kV母差保護RADSS動作，多個斷路器保護動作。事故發生后，基于故障相斷路器滅弧室可進行檢測，發現斷路器接觸B相平衡閥具有明顯的放電燒損痕跡，同時在平衡覆蓋罐底壁上有燒傷痕跡和金屬顆粒。造成放電故障的原因是斷路器罐體內存在異物，它們都是滅弧室屏蔽罩對罐體或接觸器放電，故障發生在送電過程中[3]。分析故障原因如下：

（1）在斷路器罐體內有異物的存在容易引起閃絡故障分析：因為SF6斷路器的內部絕緣采用微不均勻的電場結構，當存在金屬顆粒時，會改變產品結構內部原有的電場。根據LW13-550型斷路器內部金屬粒子模擬計算電場強度（模擬粒子5毫米x1毫米）顯示，在1675千伏電壓下進行測試，沒有金屬粒子的最大電場強度是25.5kVmm，但金屬顆粒表面電場強度是29kVmm，表明斷路器內部有金屬顆粒存在會大大減少內部絕緣強度，容易導致放電故障。（2）試驗分析：SF6斷路器是絕緣能力受內部導電微粒的影響，各種教材和材料都有提到，而對LW13-550型斷路器會有多大的影響，需要進行測試。通過實驗結果對比分析，證明了斷路器內部有金屬顆粒的存在將大大降低斷路器滅弧內部絕緣強度，從而增加放電的可能性。（3）產生金屬異物的原因分析：基于對9臺的斷路器滅弧室專項檢查分析，發現金屬異物主要來自：斷路器在安裝過程中控制不嚴，使異物被帶入斷路器體內。如在罐子里發現了一只死蒼蠅；由于斷路器制造過程控制不嚴格，導致產生毛刺或接觸面不干凈，尺寸位置偏移。在清潔過程中，主要表現為：1）在電弧室的裝配過程中，鑄件的零件和表面的材料沒有清洗而留下殘留物。金屬異物在封面和螺紋孔的內部被發現。2）在滅弧室的裝配過程中，由于零件的制造誤差，導致安裝兩件接觸件的靜態接觸頭時，產品因靜電接觸而產生不良反應，過度磨損引起的接觸產生異常狀態。

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900mm增加至1000mm，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，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，1675kV試驗電壓下罐體內部最大電場強度由25.5kV/mm降低至22kV/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[4]。

4.2 加強廠內組裝時的工藝控制

一般工廠組裝需要嚴格控制環境，如在特殊的車間進行滅弧室裝配，這非常有利于控制雜質，壓力測試也應該能夠證明在出工廠前后的很短的時間內，斷路器內部表面是干凈的。但并不能保證在運行的一段時間內雜質將會不會繼續脫落，因為在現場安裝后，但還有數十甚至上百次的傳輸調試操作，在雜質是否繼續脫落應該有影響。所以工廠工藝控制應注意其他組件可能隱藏短時間內不容易脫落的雜質，如附著在復雜結構之間的不容易去除的雜質，這些應該作為具體的研究對象進行控制，實施必要和有效的控制措施。

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 結語

在設備運輸中，對SF6分解檢測進行綜合運用，利用先進的電氣檢測手段，如局部放電檢測，要十分關注對家族性缺陷的診斷和故障波記錄信息的分析，這是及時發現這些潛在故障的重要途徑。

參考文獻

[1]薛筆貴，夏彤，石震宇，等.一起發電機組斷口閃絡事故的原因分析[J].電力系統保護與控制，2010，（1）：107-111.

[2]李立，梁群炬，鄭玉枝，等.發電機—變壓器組500kV斷路器斷口閃絡故障分析[J].中國電力，2010，（2）：31-33.

[3]程仲煥，屠水耀，楊黎明.斷口閃絡保護的設計與工程應用[J].繼電器，2008，（7）：99-103.

[4]呂鵬舉，孫洪明.高壓斷路器斷口均壓電容器介質損失角增大原因分析及解決措施[J].高壓電器，2009，（2）：97-98.