組合電器導體接頭過熱的原因分析及檢測方法研究

張丕沛，李 杰，汪 鵬，徐明昊

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250003；2.新南威爾士大學，澳大利亞 NSW2052）

0 引言

封閉式氣體絕緣組合電器把高壓帶電體密封在充滿SF6氣體絕緣介質的金屬容器內，具有絕緣性能好、運行可靠度高、維護工作小、檢修周期較長等特點，被廣泛應用于高壓輸變電系統中［1-3］。然而，當組合電器內部導體接觸不良時，由于接觸電阻變大，在負荷電流流過時會產生過熱現象，甚至會導致接頭材料的熔化、滴落，破壞組合電器內部絕緣，從而引起放電跳閘事故［4-6］。若能利用有效的帶電檢測手段提前發現組合電器內部導體接頭處的過熱現象，便能及時采取措施預防事故發生。

針對一起組合電器內部導體接頭過熱引起的放電故障，通過解體檢查，對故障過程及原因進行了分析，并研究了利用紅外測溫判斷內部導體接頭過熱的檢測方法。

1 故障概況

某220 kV 變電站110 kV 主接線形式為雙母線接線，110 kV 組合電器于2008 年7 月投運。2020 年4 月28 日，該變電站1 號主變壓器差動保護動作跳閘，C 相接地短路，110 kV 側一次故障電流約5 000 A。

經現場檢查，1 號主變壓器外觀無異常，對其開展油色譜分析、繞組變形測試、直阻測試，試驗結果均合格。檢查1 號主變壓器110 kV 側組合電器外觀，發現1 號主變壓器110 kV 側101-3 隔離開關氣室C 相（主變壓器進線套管側）有疑似局部過熱點，如圖1 所示。對該氣室開展SF6氣體分解物檢測，檢測結果如表1 所示，其中SO2、H2S 體積分數均大于Q／GDW 1168—2013《輸變電設備狀態檢修試驗規程》中規定的注意值，檢測數據異常；其他氣室氣體分解物檢測無異常。因此，判斷故障點為1 號主變壓器110 kV 側101-3 隔離開關氣室C 相。

圖1 組合電器現場檢查

表1 氣體分解物體積分數檢測結果 μL／L

2 解體檢查情況

4 月29 日，對1 號主變壓器110 kV 側組合電器故障相C 相進行現場解體檢查。

2.1 內部放電部位

解體檢查發現觸頭座屏蔽罩底部有明顯放電噴濺痕跡，殼體底部對應位置有放電燒蝕形成的坑洞。判斷主要放電通道為觸頭座對筒壁放電，如圖2 所示。

2.2 觸指燒蝕情況

檢查屏蔽罩內觸指，數量為24 片（與設計值一致），觸指無缺失；觸指全部碳化發黑，下方8 片觸指燒熔在一起，并附著大量燒熔物，判斷為觸頭與觸指燒熔后堆積形成。殼體底部對應位置有明顯滴熔物堆積，判斷為燒熔物滴落形成，如圖3 所示。

2.3 觸頭及導體情況

檢查觸頭，發現觸頭導流部位大部分燒熔，觸頭附近導體燒蝕嚴重，如圖4 所示。除觸頭燒蝕處外，導體其余部分光滑無異常。

2.4 觸指彈簧抱緊情況

屏蔽罩內發現兩根抱緊彈簧殘余物，一根完整，另一根燒成兩段，如圖5 所示。

圖2 放電部位檢查

圖3 觸指燒蝕情況

圖4 觸頭燒蝕情況

圖5 故障相抱緊彈簧殘余物

檢查正常相彈簧情況，如圖6 所示。正常設計應有3 根彈簧，為鋼材質。由于鋼材質熔點約1 535 ℃，高于銅觸指的熔點1 084 ℃，彈簧觸指不會發生熔融，初步判斷安裝時缺少一根抱緊彈簧。

圖6 正常相抱緊彈簧

3 原因分析

綜合現場解體檢查情況，判斷故障原因為1 號主變壓器110 kV 側組合電器進線管母C 相導體觸頭與觸頭座接觸不良，直阻增大導致溫度升高，觸頭、觸指、導向桿在高溫下燒熔并滴落在屏蔽罩內部，高溫的滴熔物將屏蔽罩燒蝕形成缺口，進而在向殼體底部滴落過程中發生放電，導致SF6氣體絕緣水平降低，最終在絕緣最薄弱的位置（屏蔽罩與殼體間）發生擊穿放電。

而導致導體觸頭與觸頭座接觸不良的根本原因，可能與現場安裝時漏裝抱緊彈簧有關。按照正常設計，觸指外側應有3 根抱緊彈簧，但現場解體只發現2 根抱緊彈簧，彈簧完全燒熔的可能性極小（彈簧鋼熔點約1 535 ℃，遠高于銅觸指的1 084 ℃、鋁合金的600 ℃）。因此，判斷現場安裝時漏裝一根抱緊彈簧。該段導體長1 689 mm，中間沒有任何結構進行支撐固定，觸頭側需要依靠3 根抱緊彈簧的抱緊力固定在觸指內部并保持良好接觸，而2 根彈簧抱緊力不足，隨著長時間運行（超過10 年），在電動力及振動作用下，導體在觸頭座內發生位移，導致觸頭與觸指間壓接不緊，接觸電阻增大，導致發熱。

4 紅外檢測方法研究

當組合電器內部導體接頭處發熱時，熱量主要以熱對流的形式通過SF6氣體傳輸到殼體上，但SF6氣體的換熱系數較小，當導體溫度超過1 000 ℃時，殼體表面溫升可能只有1～10 K。

根據DL／T 664—2016《帶電設備紅外診斷應用規范》，導體連接處熱點溫度大于90 ℃即可診斷為嚴重缺陷。建立故障氣室簡化后的三維模型，并對導體連接處發熱時的溫度分布進行仿真，結果如圖7所示。

圖7 導體連接處發熱時的內外溫度分布

可以看出，當導體連接處溫度達到90 ℃時，殼體表面溫升約為3 K，因此可以認為，對組合電器導體接頭處進行紅外測溫時，當殼體表面溫升大于3 K時，說明內部導體存在嚴重發熱缺陷。

5 結語

介紹一起110 kV 組合電器放電故障，通過現場解體檢查，判斷為導體接頭處的觸頭座內缺失1 根抱緊彈簧，導致觸頭觸指因接觸不良而發熱燒熔，氣體絕緣能力降低，進而由于金屬滴熔引起的擊穿放電。并通過仿真計算，對組合電器內部導體接頭過熱的紅外檢測方法進行研究分析，結果顯示，當組合電器殼體表面溫升大于3 K 時，可判斷內部導體接頭處存在嚴重發熱缺陷，應及時采取措施進行處理。同時，由于殼體表面溫升值較小，因此紅外測溫應采用精確測溫的形式，避免環境因素、儀器參數等對測量結果帶來干擾。