一起252 kV GIS斷路器異常發熱缺陷分析

邱 煒，劉軍軍，馬錫良，徐清鵬，周 波，羅 楊

(國網四川省電力公司成都供電公司，四川 成都 610041)

0 引 言

氣體絕緣組合電器(gas insulated switchgear，GIS)將斷路器、隔離開關、接地開關、母線、CT等部件密封在金屬腔體內，具有占地空間小、運行可靠性高、維護量小等優點，在電力系統得到了廣泛的應用[1-3]。近年來，GIS設備發熱故障屢見不鮮，已造成多起設備停運事故。因此，加強GIS設備發熱缺陷故障的檢測與分析具有重要意義[4-9]。

下面介紹一起252 kV GIS斷路器罐體異常發熱缺陷，分析了該處缺陷的主要原因，提出了診斷GIS斷路器異常發熱缺陷的方法措施，并給出設備運行維護建議。

1 故障概況

2020年4月11日16時11分，某220 kV變電站運行人員發現220 kV 263斷路器A相GIS殼體異常發熱，熱點溫度達40 ℃，B、C相及環境溫度為22 ℃，紅外圖譜見圖1。

該設備型號為ZF11-252(L)，為三相分體設備，由新東北電氣集團高壓開關有限公司生產，于2013年12月投運。

發生缺陷時，該變電站運行方式為220 kV分列運行，263、265、201斷路器運行于Ⅰ母，266、264、202斷路器運行于Ⅱ母。

歷史操作信息：263斷路器近5年共動作12次，最近一次操作為2019年4月25日合閘。

歷史缺陷信息：2019年11月10日，263斷路器本體A相溫度較其他兩相略微偏高(2 ℃)，檢修人員于2019年11月12日開展超聲波、特高頻測試，均未發現異常，三相氣壓表正常。

圖1 263斷路器A相紅外圖譜

2 試驗診斷

在接到缺陷信息后，檢修人員開展了現場檢查，發現該斷路器A、B、C三相氣室氣壓不平衡，A相氣壓為0.65 MPa，B、C相氣壓為0.63 MPa，測量數據見表1。負荷電流三相平衡無異常。

19：10，對該斷路器開展了精確紅外測溫，發現A相殼體最高溫度升至50 ℃，氣壓上升至0.69 MPa，而此時負荷與當日下午并無明顯變化。263斷路器氣室GIS外殼(熱點)溫度測量數據見表2。

表1 263斷路器氣室氣壓測量數據 單位：MPa

表2 263斷路器氣室GIS外殼(熱點)溫度 單位：℃

由于該缺陷屬于紅外發熱缺陷，且紅外圖譜在GIS罐體上有明顯溫度梯度，具有局部熱點特征，故判斷為內部連接出現異常導致了發熱情況。

考慮到設備內部缺陷有明顯的的發展趨勢，當日21：00對設備進行了緊急停電，并開展了停電診斷工作。

2.1 X射線診斷

對263斷路器開展了X射線成像檢測，檢測圖譜如圖2所示，未發現A相動靜觸頭接觸處明顯合閘不到位情況，動靜觸頭螺栓及緊固件無明顯松動。A、C相對比無明顯異常。初步判定動靜觸頭無合閘不到位現象，無明顯螺栓松動。

圖2 263斷路器動靜觸頭X射線檢測圖譜

2.2 氣體檢測

對263斷路器A相相關氣室進行SF6分解產物檢測，檢測數據見表3，各項指標符合規程要求，未發現異常。

2.3 回路電阻測試

從26330、26340接地開關處測量263斷路器回路電阻，測量回路如圖3、圖4所示，數據結果見表4，可以看出A相回路電阻遠遠大于B、C兩相，數據異常。

表3 263斷路器氣室氣體檢測結果

表4 263 GIS斷路器部分回路電阻測試結果

圖3 263 GIS斷路器部分回路電阻測試

圖4 263 GIS斷路器部分回路結構

2.4 缺陷定位

在回路電阻測出異常后，由于所測回路電阻為26330接地開關到26340接地開關之間部分，所含元器件較多。為進一步減小測試范圍，精確定位缺陷位置，在回收氣體后，打開斷路器動靜觸頭處手孔，脫開拐臂鎖銷后，將斷路器處于半分半合狀態(見圖5)，分段測量回路電阻。

圖5 手孔打開位置結構

分段測試數據見表5，可以確定接觸不良部位為中間觸頭與T型導體之間，設備內部位置如圖6所示。

表5 263 GIS斷路器部分回路電阻分段測試結果

圖6 263 GIS A相斷路器接觸不良部分

2.5 開罐解體檢查

故障斷路器為三相分箱式，解體發現A相氣室內部遺留大量粉塵。中間觸頭與T型導體交界處有嚴重燒蝕痕跡，且在縫隙中有凹凸不平黑色金屬物，如圖7所示。從顏色來看，A相中間觸頭相較B、C相顏色暗淡，且T型導體與中間觸頭交界處顏色最為暗淡。從燒損程度來看，T型導體與中間觸頭交界處最為嚴重，縫隙內有黑色金屬物，有凹凸不平缺口。灰色粉末堆積形狀與氣體回流口位置相對應，如圖8所示。

圖7 263斷路器A相解體

圖8 263斷路器A相罐體內粉塵及氣體回流口

對T型導體與中間觸頭交界處縫隙寬度進行了測量，發現A相較大，數值達1.1 mm，B、C相為0.2 mm，A相連接處存在松動、緊固不到位的情況。

3 故障原因分析

GIS斷路器內部發熱缺陷，是一個逐漸劣化的過程。該缺陷設備近1年內無分合操作，室內GIS并未遭受惡劣環境影響，同時該設備并未遭受過電壓且所有保護裝置及系統無異常。由此判斷，本次故障的原因屬產品或裝配質量問題。

根據現場解體檢查狀況及結構分析，造成回路電阻超標、罐體發熱的原因為壓氣缸外側的中間觸頭與連接的鑄鋁導體接觸不良。在通過負荷電流時局部發熱，在對流、熱輻射作用下，最終導致A相斷路器罐體及相通氣室的上CT罐體溫度升高。

該斷路器中間觸頭與鑄鋁導體為螺紋緊固連接，裝配過程中中間主觸頭緊固不到位，在斷路器分合閘操作振動及電動力的作用下，導致中間觸頭松動，觸頭連接部位接觸不良，造成回路電阻增大。

GIS罐體內大量灰色粉塵可能來源有兩種，一是由于局部接觸不良，在接觸部位產生了局部放電，將鑄鋁導體和銅觸頭燒蝕，高溫的銅、鋁顆粒與SF6氣體在局部放電作用下產生了罐體內部的灰色粉末；二是導電體表面涂的潤滑膏為有機物，在高溫作用下與SF6產生反應，生成的碳化或氟化物。

檢修人員對該中間觸頭進行更換處理后，設備回路電阻測試合格；投運后，紅外測試無異常。

4 結 語

通過對一起220 kV 斷路器GIS殼體發熱缺陷的分析處理，詳細闡述了該類缺陷的診斷測試及故障分析的流程及方法，對今后該類缺陷的處理具有借鑒意義。同時，對GIS設備的運行維護提出以下幾點建議：

1)加強GIS設備紅外巡視工作。GIS設備雖無法通過紅外測溫直接測到內部溫度，但是外殼溫度在一定程度上可反映內部狀況。通常情況下，GIS設備發熱時，內部真實溫度遠高于外殼顯示溫度，因此對GIS設備紅外巡視工作具有重要價值。

2)斷路器作為重要的電力系統設備，當檢測到其發熱時，必須查明原因，避免設備缺陷發展為電網事故。

3)加強設備安裝工藝質量管控，避免設備存在隱形缺陷。