一起500 kV組合電器斷路器故障分析

梅春曉

（國網湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050）

0 引 言

氣體絕緣金屬封閉開關設備（Gas Insulated Switchgear，GIS）具有占地面積小和不受外界環境條件影響等優點，在我國電網建設中得到了廣泛應用，但是斷路器長期的開關操作或生產時存在的問題會在運行中被逐漸放大。HGIS設備結構緊湊，其內部出現絕緣故障時的影響面廣，處理周期長，對電網運行的可靠性與穩定性影響很大[1]?，F就某變電站發生的故障進行案例分析。

1 事故概況

2020年8月8日，某500 kV變電站執行5012斷路器停電計劃，開展5012 B相斷路器二次回路缺陷處理工作，期間為驗證回路是否正確，5012斷路器進行3次分合，8月9日0時7分完工送電。8月9日2時14分55秒，出現500kV II母雙套差動保護及廠漢1號主變雙套保護動作，5011、5012、5022及5052斷路器跳閘，造成500kV II母及1號主變跳閘，未造成負荷損失。8月10日20時08分，500 kV II母及5022、5052斷路器恢復送電。經檢查分析確認此次跳閘由5012 A相組合電器斷路器氣室內部放電引起。

該變電站500 kV組合電器生產廠家為西安西電開關電氣有限公司，HGIS型號為ZHW8-550（斷路器型號為LW13-550），2018年11月生產，2019年10月投運，目前設備在基建一年質保期內。該型號斷路器為小型化單斷口斷路器，系國網系統內首臺（套）產品，未見相關掛網試運行情況。

2 設備檢查情況

2.1 現場檢查情況

現場檢查1號主變及500kV II母母線差動保護，設備外觀未見異常。開展組合電器SF6氣體成分檢測發現，5012斷路器A相氣室SF6氣體分解產物SO2含量為293.3 μL/L，5011斷路器A相氣室SO2含量為20.1 μL/L，均超過注意值1μL/L。5011、5012間隔內其他氣室檢測數據均未見異常。

打開5012斷路器A相手孔蓋板，發現機構側滅弧室動觸頭屏蔽罩有燒蝕痕跡，粒子捕捉器表面附著有白色放電分解物。

2.2 故障相返廠檢查情況

8月11日，特邀專家在GIS組裝車間對5012 A相斷路器進行解體分析。

2.2.1 關鍵位置檢查情況

斷路器頂部兩側盆式絕緣子表面無沿面放電痕跡，附著有少量白色放電分解物，滅弧室表面附著有大量的白色放電分解物。機構側屏蔽環6點鐘方向表面位置有放電燒蝕痕跡，附近的絕緣臺和框架有放電噴濺的痕跡，噴口處有正常的燒蝕痕跡。靜側表面附著有大量的白色放電分解物，屏蔽、觸頭及絕緣支撐等零部件正常，未發現放電痕跡，詳見圖1（a）和圖1（b）。

圖1 滅弧室照片

動觸頭表面10點鐘方向有一處與觸指接觸后擠壓導致觸頭變形約2 mm的痕跡，脫落部位大小約4 mm×5 mm，靜主觸頭對應位置1片觸指有變形情況。通過精測發現，該片觸指向內變形，變形量約1.5 mm。對主觸頭鍍銀層結合力進行測試，結果表明觸頭表面鍍層結合力合格。斷路器動、靜主觸頭照片如圖2所示。

圖2 斷路器動、靜主觸頭照片

2.2.2 放電位置

高壓側放電點為機構側屏蔽罩下方6點鐘方向，附近的絕緣臺和框架有放電噴濺的痕跡。放電屏蔽罩正下方殼體內表面有一處直徑約40 mm，深度約5 mm的燒蝕坑，燒蝕坑附近殼體表面油漆在電弧高溫下，有直徑約260 mm的碳化痕跡，殼體表面存在燒蝕顆粒，詳見圖3。

圖3 放電點

2.3 非故障相現場開蓋檢查情況

2.3.1 5011 A相開蓋檢查情況

8月15日，對變電站5011 A相斷路器進行現場開蓋檢查。打開斷路器下方手孔蓋，檢查發現靜主觸頭內壁有少許金屬碎屑（附著在導電脂上，現場已完成擦拭清理），動主觸頭有輕微劃痕，動靜觸頭存在輕微放電燒蝕痕跡，殼體底部和粒子捕捉器等其他部件未見明顯異物。

2.3.2 5012 C相開蓋檢查情況

10月20日，對該變電站5012 C相斷路器進行現場開蓋檢查。打開斷路器下方手孔蓋，檢查發現動、靜主觸頭表面磨損情況正常（手觸摸無劃痕、無磕碰痕跡、無燒蝕斑點且觸指無擠裂變形），動主觸頭表面導電脂附著有少許磨損金屬碎屑，金屬屏蔽表面潔凈無附著異物。殼體底部、粒子捕捉器、屏蔽罩及絕緣件等其他部件未見明顯異物。5012 C相斷路器主觸頭情況如圖4所示。

圖4 5012 C相斷路器主觸頭情況

3 故障原因分析

根據5012 A相HGIS斷路器故障后的返廠解體情況，對斷路器筒體內壁附著顆粒物的情況進行有限元仿真計算（見圖5），結果表明存在顆粒物將會引起電場畸變，導致電場強度增大，使筒體內壁與屏蔽間存在間隙放電的風險。因此，判斷5012 A相斷路器內部存在異物，導致殼體與機構側屏蔽罩間發生間隙放電，造成本次故障。

圖5 顆粒物仿真計算

結合后續開展的5011 A相和5012 C相斷路器的現場開蓋檢查情況，分析5012 A相斷路器放電異物來源可能有以下兩個方面。一是因靜主觸頭變形，動、靜主觸頭在操作過程中異常摩擦，造成動主觸頭鍍銀層脫落。動觸頭為鈹青銅材質，表面鍍50 μm的銀層。從5012 A相斷路器動主觸頭鍍銀層擠壓痕跡和靜主觸頭變形位置可判斷，動觸頭鍍銀面損壞是由于靜觸頭觸指向內變形，造成斷路器合閘沖擊過大，導致動觸頭表面鍍銀層擠壓。但根據斷路器內部氣流仿真可見，即使動觸頭磨損有異物脫落，應大概率被吹向靜側屏蔽內部或受重力作用掉入下方的粒子捕捉器中，掉落在機構側殼體上的可能性較小。因此，放電異物來源為動主觸頭鍍銀層脫落的可能性較小[2]。二是廠內裝配及試驗過程中存留金屬碎屑。組合電器在廠內裝配及機械試驗過程中將會產生金屬碎屑，要求在設備出廠前清理干凈。若工廠人員清理不徹底，將會導致金屬異物留存在屏蔽罩或螺釘縫隙等處，且在廠內絕緣試驗中無法有效發現。設備運行過程中，此類留存的金屬異物在斷路器分合操作和電磁場的作用下位置會發生改變，移動至屏蔽罩與殼體之間絕緣薄弱位置，最終導致屏蔽罩對殼體放電[3-5]。因此，放電異物來源為廠內裝配及試驗過程中存留金屬碎屑的可能性較大。

4 結 論

針對運行HGIS金屬碎屑放電故障較為多發的情況，對新投運設備加大超聲波和特高頻局放等帶電檢測技術的應用力度。后續工作將重點關注此型號斷路器屏蔽罩與殼體位置處有無局放信號，若有異常信號應及時判定危險程度并按需停電檢修。