1 000 kV斷路器局部放電引起跳閘的故障分析及處理

陳少功，張雨卿，劉朝輝，宋彥軍，李 強

(國網河北省電力公司檢修分公司，石家莊 050070)

2017-04-08

陳少功(1984-)，男，工程師，主要從事變電運維工作。

1 000 kV斷路器局部放電引起跳閘的故障分析及處理

陳少功，張雨卿，劉朝輝，宋彥軍，李 強

(國網河北省電力公司檢修分公司，石家莊 050070)

介紹一起1 000 kV斷路器調試過程中因局部放電引起跳閘的故障，分析故障產生的過程，經設備解體檢查為合閘電阻氣室局部放電所致，對放電原因進行查找發現為機械操作前給電阻氣室充氮氣的鋼瓶內有較多金屬異物，金屬異物進入合閘電阻氣室導致放電，進而提出了建議及預防措施。

1 000 kV斷路器；局部放電；合閘電阻；金屬異物

GIS設備具有占用空間少，基本不受外界環境影響，不產生噪音和無線電干擾，運行安全可靠和維護工作量少等優點，因而在電力系統中得到廣泛應用[1]。在特高壓電網中，普遍采用GIS設備，其中斷路器是非常重要也是制造難度最大的設備之一[2]。運行經驗表明，在GIS各類故障中絕緣故障占比較大，且GIS電氣故障通常的故障特征是在絕緣完全擊穿前發生局部放電[3]。因此，特高壓斷路器的安全穩定運行成為電網安全穩定運行的重要因素[4-5]。以下就一起1 000 kV斷路器局部放電故障進行分析。

1 故障情況及原因查找

設備故障前運行方式如圖1所示，1 000 kV 1號、2號母線帶電，1 000 kV主變壓器及X043斷路器帶電，1 000 kV線路及X041、X042斷路器不帶電。調試前1 000 kV斷路器已通過耐壓和局部放電試驗，且已進行3次充電試驗。調試過程中，在合上X0422隔離開關后，經過1分04秒監控機報故障跳閘，并發主變壓器三側開關跳閘信號，檢查監控機遙信量發現主變壓器三側開關在分位，現場檢查主變壓器風扇停止運行，高壓、中壓和低壓側開關現場機械指示在分位。

圖1 故障前帶電區域及開關動作狀態

對保護動作報告進行分析發現，1 000 kV線路2套保護均動作跳閘，線路保護1縱聯差動保護動作、距離加速動作，跳開UVW相，最大差流為1.88 A，故障相別W相。線路保護2分相差動動作、距離加速動作，跳開UVW相，最大差流為1.87 A，故障相別W相。主變壓器2套保護動作跳閘，主變壓器保護1(縱差保護)動作，故障相別VW相，主變壓器保護2(比例差動保護)動作，故障相別W相。

從保護動作情況可以看出，主變壓器保護1動作報告顯示故障相別為V、W兩相，其他保護故障相別都為W相，因此主變壓器保護1動作情況對故障分析構成干擾。經過分析發現，主變壓器采用Y0/Y/△-11型接線組別，變壓器各側電流互感器采用星形接線，二次接線直接接入保護裝置，電流互感器各側的極性都以母線側為極性端。由于Y側和△側的線電流的相位不同，計算縱差差流時，變壓器各側TA二次電流相位由軟件調整，SGT756裝置采用由Y轉化成△來計算縱差差流。

對于Y側：

(1)

(2)

(3)

對于△側：

Idui=Iui×ki

(4)

Idvi=Ivi×ki

(5)

Idwi=Iwi×ki

(6)

式中：Iui，Ivi，Iwi為測量到的各側電流的二次矢量值；Idui，Idvi，Idwi為經折算和轉角后的各側線電流矢量值；ki為變壓器高、中、低壓側的平衡系數 (kh,km,kl)。

PCS-978GC-U裝置采用由△轉化成Y來計算縱差差流

對于Y側：

(7)

(8)

(9)

對于△側：

(10)

(11)

(12)

通過上式可以看出，對于SGT756保護裝置，當高中壓側故障時會有兩相跳閘繼電器動作，對于PCS-978GC-U保護裝置，當高中壓側故障時只有故障相的跳閘繼電器動作，也就說明了主變壓器保護1打印報告中故障相別為V、W的問題，因此可斷定故障相別為W相。

中斷調試工作后對X042開關進行解體檢查，發現電阻開關與滅弧室連接的隔斷盆式絕緣子如圖2所示，從觸頭屏蔽罩到電阻開關殼體法蘭有放電痕跡，觸頭屏蔽罩根部，在盆子嵌件附近燒蝕直徑約2 cm的孔洞，盆子表面約1/5面積有燒蝕痕跡，殼體法蘭與盆子連接的圓角處有放電燒蝕點，1 000 kV斷路器結構示意見圖3。

圖2 合閘電阻開關氣室放電情況

圖3 1 000 kV斷路器結構

2 原因分析

2.1 結構設計排查

通過對斷路器設計的相關資料進行排查，電阻開關內仿真結果顯示，其設計結構合理，電場強度符合要求。

2.2 絕緣型式試驗和出廠試驗排查

a. 對斷路器的型式試驗報告進行核對，電性能滿足設計要求。雷電沖擊，2 400 kV，±15 次；操作沖擊，1 800 kV，± 15次；工頻耐壓，1 100 kV/1 min(合閘對地)，1 100( +635 ) kV/1 min(斷口間)。

b. 對斷路器的出廠試驗報告進行核對，電性能滿足出廠要求。雷電沖擊，2 400 kV，±3 次；工頻耐壓，1 100 kV/5 min(合閘對地、斷口間)。對斷路器的所涉及關鍵零部件的原材料、生產、試驗等記錄進行了檢查，未見異常；對現場安裝、清理、充氣等作業記錄進行檢查，未見異常；對充氣管路進行排查，管路內部未見異常；對現場所用酒精進行了排查，未見異常。

2.3 現場使用氮氣排查

斷路器安裝過程中，電阻氣室所用到的氣體包括SF6和氮氣；對從現場返回的SF6氣瓶，用內窺鏡對氣瓶內部進行了檢查，未見異常；對從氮氣供應商購買的氮氣，用內窺鏡對氣瓶內部進行了檢查，發現氣瓶內有異物。

3 實驗結果分析

對氮氣瓶內收集的異物進行能譜分析，分析結果如表1所示，結果顯示金屬異物主要成分為C、O、Al、Si、S、Cl、K、Ca、Ti、Fe。對X042開關放電盆子凸面上采集異物進行能譜分析，分析結果如表2，結果顯示金屬異物主要成分為C、O、F、Al、S。為了結果的準確性，進一步從放電盆子上部屏蔽罩內采集部分異物，進行能譜分析，分析結果如表3所示，結果顯示金屬異物主要成分為C、O、F、Al、Si、S。

表1 氮氣瓶異物能譜分析表

譜圖COAlSiSClKCaTiFe總譜圖1-62.34-2.372.54-1.723.985.9321.13100譜圖2-53.705.4916.432.501.841.9114.70-3.43100譜圖3-62.06-4.09-2.70--10.9220.23100譜圖411.746.7171.456.68-0.77-1.78-0.87100譜圖546.0938.47-0.84---3.629.891.08100譜圖645.5637.067.122.080.996.98-0.22--100譜圖766.3419.1513.980.53------100最大66.3462.3471.4516.432.546.981.9114.7010.9221.13-最小11.746.715.490.530.990.771.720.225.930.87-

表2 X042開關放電盆子凸面異物能譜分析

譜圖COFAlS總譜圖177.5911.866.424.12-100譜圖269.4613.5410.396.61-100譜圖384.22-10.924.300.55100譜圖475.14-16.608.25-100最大84.2213.5416.608.250.55-最小69.4611.866.424.120.55-

表3 X042放電盆子上部屏蔽罩內異物能譜分析

譜圖COFAlSiS總譜圖177.5911.866.424.120.57-100譜圖269.4613.5410.396.6117.03-100譜圖384.22-10.924.305.050.55100譜圖475.14-16.608.254.68-100最大84.2213.5416.608.2517.030.55-最小69.4611.866.424.120.570.55-

從能譜分析結果可以看出，放電盆子表面和屏蔽罩內的金屬異物與氮氣瓶內的金屬異物相似度高，初步斷定放電原因為氮氣瓶內的金屬異物所致。

為了謹慎起見，對放電盆子進行X射線探傷試驗，未見異常。

對放電盆子表面清理后，重新進行工頻耐壓試驗和局放試驗，試驗結果：635 kV/20 min→1 100 kV/5 min→762 kV/20 min,局放值1.0 pC，實驗結果合格。

綜上可見，放電盆子本身絕緣性能正常，所以判斷放電原因為氮氣瓶內的金屬異物進入氣室內，落在水平布置的絕緣盆子上引起沿面放電。

4 結論及建議

通過一起斷路器放電導致跳閘的故障，分析了故障的原因，并對設備進行開罐檢查試驗，初步找出了引起故障的因素，為今后的運維過程中提前做好事故預案，防止倒閘操作過程中發生放電事故積累了寶貴經驗。經過上述檢查及試驗結果分析，可以得出以下結論及建議：

a. 初步判斷開關是盆子沿面放電，放電由異物引起，異物來源有從充氮氣過程中帶入的可能性。

b. 建議變更斷路器安裝試驗方法，對合閘電阻氣室不再單獨使用氮氣氣體，上下氣室均使用SF6氣體。

c. 建議變更斷路器的合閘電阻氣室結構設計，消除絕緣盆子水平布置存在的隱患。

[1] 羅學琛．SF6氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)[M]．北京：中國電力出版社,1999.

[2] 劉振亞．特高壓電網[M]．北京：中國經濟出版社,2005.

[3] 韋 鵬,許 濤,黃瑤玲. 基于UHF方法的GIS局放在線監測系統在1 000 kV GIS上的應用[J].華中電力,2010,23(1):1-4.

[4] 馬助興,孟延輝,胡銀素,等. 一起500 kV斷路器非全相跳閘故障分析及處理[J].河北電力技術,2014,33(1):35-37.

[5] 楊所云. 500 kV斷路器放電閃絡故障分析[J].云南電力技術,2010,39(6):50-51.

Analysis and Dispose of 1 000 kV Circuit Breaker Trippingby Partial Discharge

Chen Shaogong,Zhang Yuqing,Liu Zhaohui,Song Yanjun,Li Qiang

(State Grid Hebei Electric Power Company Maintenance Branch,Shijiazhuang 050070,China)

This paper introduces a piece of 1 000 kV circuit breaker tripping by partial discharge during debugging,elaborates the process of fault analysis,strip inspection of equipment discovers that partial discharge of closing resistor gas cell results in the tripping,finds reason to discharge for mechanical operation to the resistance of gas cell filling nitrogen cylinders before there are more metal foreign body,metal foreign body into the closing resistor gas cell leads to discharge,and then this paper puts forward the proposal and preventive measures.

1 000 kV circuit breaker;partial discharge;closing resistor;metal foreign body

TM561

B

1001-9898(2017)05-0028-04

本文責任編輯：齊勝濤