一起500 kV線路及母線跳閘事件的分析

王耀升，周 剛

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000）

500 kV交流輸電網(wǎng)承擔著我國超高壓電力輸送和能源分配的重要任務(wù)，是我國大電網(wǎng)的骨干和基礎(chǔ)[1]。500 kV 斷路器對超高壓輸電網(wǎng)的正常運行起到至關(guān)重要的作用，如果運行斷路器存在缺陷或故障，可能會引發(fā)誤跳閘或越級跳閘的事件。為避免此類事故的發(fā)生，斷路器質(zhì)量的管控非常重要[2]，包括設(shè)計的合理性、裝配工藝的要求、出廠驗收、運行過程中的巡檢和試驗都應(yīng)該有嚴格的把關(guān)。本文以一起斷路器裝配質(zhì)量問題引起跳閘的事件為例展開分析和討論。

1 事件概況

2021 年6 月，某500 kV 變電站在線路復役操作過程中發(fā)生一起500 kV線路及母線跳閘事件。跳閘發(fā)生前該站運行方式如圖1 所示，5051、5052 開關(guān)冷備用，5061、5062開關(guān)熱備用，其余500 kV系統(tǒng)為運行狀態(tài)。

圖1 500 kV變電站異常前一次接線圖

事件發(fā)生時，5006線、5005線在線路檢修后復役操作過程中，當5062 開關(guān)從檢修改為熱備用約4 min后，5004線、500 kV Ⅱ母相繼動作跳閘，無負荷損失。

事件發(fā)生后，現(xiàn)場檢查確認5062、5063 開關(guān)C 相氣室分解物異常，后續(xù)將開關(guān)解體檢查，確定此次跳閘由開關(guān)C相故障引起。

2 設(shè)備情況

該變電站為HGⅠS設(shè)備，開關(guān)型號是ZF15-550，2015年6月投運。其中5062開關(guān)上次檢修時間2021年4 月， 5063 開關(guān)上次檢修時間2020 年12 月，檢修結(jié)果正常。最近一次帶電檢測時間2021 年2 月，試驗項目包括特高頻、超聲波局放檢測等，檢測結(jié)果無異常。

3 檢查分析與處理情況

為查明跳閘原因，現(xiàn)場對一二設(shè)備展開檢查與數(shù)據(jù)分析工作。

3.1 一次設(shè)備檢查情況

故障后，設(shè)備主人現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)500 kV Ⅱ母側(cè)5013、5023、5033、5043、5053、5063 開關(guān)三相跳開，500 kV Ⅱ母電壓為0。500 kV Ⅱ母、5004線間隔內(nèi)一次設(shè)備外觀檢查未見明顯異常。

對相關(guān)氣室進行SF6氣體分解物測試，檢測發(fā)現(xiàn)5062開關(guān)C相氣室H2S含量為16 μL/L、SO2含量為 110 μL/L、CO 含量為 96 μL/L，5063 開關(guān) C 相氣室SO2含量為142 μL/L、H2S含量為26 μL/L、CO含量為109 μL/L，其他氣室分解物檢測無異常。初步分析5062、5063開關(guān)C相內(nèi)部放電擊穿。

在完成5062、5063 開關(guān)C 相氣室氣體回收后，通過手孔蓋開蓋檢查，發(fā)現(xiàn)5062、5063開關(guān)C相氣室分布大量白色粉塵，5062 開關(guān)C 相靠近Ⅱ母側(cè)的屏蔽罩與外殼之間存在放電痕跡，放電點接近屏蔽罩下方固定螺栓處。5063開關(guān)C相放電位置與5062開關(guān)C 相放電位置接近，但更靠近合閘電阻，同時合閘電阻存在破碎、掉落的情況。

5062 開關(guān)B 相內(nèi)檢后耐壓試驗過程中發(fā)生2 次放電現(xiàn)象，第一次耐壓放電電壓為450 kV，第二次耐壓放電電壓為466 kV，開蓋檢查發(fā)現(xiàn)合閘電阻靠近機構(gòu)側(cè)屏蔽環(huán)上有放電點，且開關(guān)殼體內(nèi)壁有少量黑色異物。現(xiàn)場隨即對5061、5062、5063開關(guān)的其他相進行開蓋內(nèi)檢及清理，主要包括異物檢查清理、螺栓緊固確認、合閘電阻外觀檢查和阻值測量、絕緣件表面檢查等[3]。檢查中發(fā)現(xiàn)了多處異物，通過測量發(fā)現(xiàn)各相合閘電阻值均偏高，接近標準值要求上限，其余位置無明顯異常。

3.2 二次設(shè)備情況分析

專業(yè)部門對保護動作情況展開分析。

5063 開關(guān)第一次跳閘，5005 線（熱備用狀態(tài)）第一、二套線路保護縱聯(lián)差動保護動作，故障相別C 相，故障測距0 km，故障電流26 kA。5004 線（單開關(guān)運行）第一、二套線路保護縱聯(lián)差動保護動作，故障相別C 相，故障測距1.1 km，故障電流22.6 kA。

5063開關(guān)重合后，5005線（熱備用）第一、二套線路保護縱聯(lián)差動保護動作，故障相別C 相，故障測距0 km，故障電流25 kA。5004 線（單開關(guān)運行）第一、二套線路保護縱聯(lián)差動保護動作，故障相別C 相，故障測距1.1 km，故障電流23.3 kA。500 kV Ⅱ母（運行）第一、二套母差保護：差動保護動作，故障相別C相，故障電流23.5 kA。

相關(guān)開關(guān)保護跟跳及重合閘均正確動作，保護報文正確，后臺光字動作正確無遺漏，二次回路無異常。

第一次跳閘的錄波如圖2 所示，5004 線C 相以及5005線C相短路電流波形與幅值一致，結(jié)合一次接線圖及保護動作情況，初步分析短路電流依次流經(jīng)5063開關(guān)C相、50631流變C相以及50622流變C相，判斷短路點位于5062 開關(guān)C 相與50622 流變C相之間，與開蓋檢查情況一致。

圖2 第一次跳閘保護動作錄波

5063 開關(guān)重合失敗跳閘的錄波如圖3 所示，5005線C相首先出現(xiàn)幅值較小的短路電流，分析認為對側(cè)變電站5053開關(guān)C相先重合閘，短路電流依次流經(jīng)線路、本站50622流變C相。經(jīng)40 ms后5004線、5005線C相均出現(xiàn)幅值較大的短路電流，此時本站5063開關(guān)C重合閘，短路電流依次流經(jīng)5063開關(guān)、50631流變及50622流變C相，短路點位置與第一次故障位置相同。

圖3 重合失敗跳閘保護動作錄波

500 kV Ⅱ母跳閘的故障錄波如圖4 所示。除5063 開關(guān)外與Ⅱ母連接的開關(guān)C 相均出現(xiàn)不同程度的短路電流，跳閘前5063開關(guān)處于分位，電流為0。初步分析判斷短路點位于5063 開關(guān)C 相與50632 流變C相之間，與開蓋檢查情況一致。

圖4 500 kVⅡ母跳閘保護動作錄波

3.3 返廠檢查情況分析

為進一步確定跳閘原因，相關(guān)部門對5062、5063開關(guān)開展了設(shè)備質(zhì)量追溯及返廠解體分析。

專業(yè)人員在廠內(nèi)對其他500 kV 變電站的ZF15-550 型開關(guān)的出廠資料等文件進行了檢查，資料整體上完備且滿足技術(shù)要求，產(chǎn)品出廠時已按反措開展200 次磨合試驗，其中合閘電阻阻值偏大問題與現(xiàn)場測試結(jié)果一致，5063 開關(guān)C 相雷電沖擊試驗3次失敗，表明廠內(nèi)裝配工藝有待進一步提升[4]。

返廠解體檢查發(fā)現(xiàn)主放電通道與現(xiàn)場開蓋檢查情況一致。在5062 開關(guān)C 相靠近Ⅱ母側(cè)的屏蔽罩與外殼之間存在放電痕跡，屏蔽罩被燒蝕出一個直徑約11 cm 的孔洞，其中一串合閘電阻的連接銅辮被燒斷，外殼對應(yīng)位置也存在燒蝕。此外還發(fā)現(xiàn)了放電程度較弱的次放電通道，主放電通道電弧沿合閘電阻片間空隙漂移，在Ⅱ母側(cè)屏蔽罩、合閘電阻開關(guān)動觸頭側(cè)屏蔽罩、合閘電阻開關(guān)靜觸頭座等對應(yīng)位置產(chǎn)生燒蝕。檢查發(fā)現(xiàn)，5062開關(guān)C相合閘電阻動觸頭座導向法蘭上的聚四氟乙烯導向環(huán)破碎、散落，動觸頭座導向法蘭斷裂，斷裂部件磕碰變形較為嚴重，已無法復合，且對底部緩沖墊造成擠壓，在壓緊復位彈簧的另一側(cè)，合閘電阻動觸頭座頂部也存在彈簧壓痕，并且發(fā)現(xiàn)合閘電阻側(cè)主斷口噴嘴導向件松脫，該導向件采用單向螺紋固定，螺紋無明顯損壞，分析松脫原因為裝配時未安裝到位。

5063 開關(guān)C 相靠近Ⅱ母側(cè)的屏蔽罩與外殼之間也存在放電痕跡，與現(xiàn)場開蓋檢查情況一致。部分合閘電阻片表面熏黑、開裂、脫落，合閘電阻絕緣墊破損、變形、脫出。對2 串合閘電阻底部的壓緊彈簧拆解后進行觀察測量，兩根彈簧的自由長度存在輕微差別，可能存在變形。

對5062開關(guān)B相的解體檢查發(fā)現(xiàn)2處放電通道，第一處位于開關(guān)合閘電阻靠近Ⅱ母側(cè)屏蔽罩與殼體之間；第二處位于開關(guān)合閘電阻靠近Ⅰ母側(cè)屏蔽罩與殼體之間。開關(guān)內(nèi)部存在黑色塑料狀異物碎片，與現(xiàn)場開蓋檢查發(fā)現(xiàn)的異物性狀一致，為黑色聚四氟乙烯導向環(huán)碎片。根據(jù)圖紙結(jié)構(gòu)，開關(guān)內(nèi)部共計四處采用黑色聚四氟乙烯材質(zhì)的導向環(huán)，分別位于滅弧室壓氣缸活塞（2處）、合閘電阻開關(guān)動觸頭座（1處）、開關(guān)滅弧室遠離機構(gòu)端連接導體（1處），其中合閘電阻開關(guān)動觸頭座導向環(huán)一端平整，另一端存在斷裂痕跡，斷面朝外側(cè)傾斜，開口位置朝向動觸頭座排氣孔，與圖紙要求（兩者錯開90°）不符。

4 跳閘原因分析

5062 開關(guān)C 相第一次放電原因為合閘電阻動觸頭座導向法蘭聚四氟乙烯導向環(huán)裝配不到位、破碎，引起導向法蘭運動受阻，在多次操作撞擊下導向法蘭斷裂，斷裂產(chǎn)生的金屬顆粒（主要成份鋁）在屏蔽罩內(nèi)引發(fā)電場畸變而發(fā)生氣隙放電。

第一次放電后，氣室內(nèi)部產(chǎn)生大量粉塵，且屏蔽罩燒蝕處電場嚴重畸變，在5063開關(guān)跳閘重合后該處再次擊穿，電弧沿合閘電阻片間空隙漂移，引起屏蔽罩和殼體對應(yīng)部位燒蝕。

5063 開關(guān)C 相故障原因是合閘電阻片裝配不良導致局部開裂，當5063開關(guān)重合于故障時，開裂的合閘電阻片在短路電流沖擊下破碎脫落，脫落的電阻碎片引發(fā)電場畸變，屏蔽罩對殼體擊穿放電，500 kV Ⅱ母跳閘。

5062 開關(guān)B 相兩次耐壓放電的原因為合閘電阻動觸頭座導向環(huán)裝配不符合圖紙要求，開口位置朝向動觸頭座排氣孔，在開關(guān)分合過程中導向環(huán)一端松脫后伸入動觸頭座排氣孔，被剪切后形成的碎片掉出屏蔽罩引發(fā)電場畸變而發(fā)生氣隙放電。

5 事件反思

本次500 kV變電站500 kV Ⅱ母及5004線故障跳閘以及檢查過程中暴露出的問題表明生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品質(zhì)量管控尤其是裝配工藝管控方面存在不足。具體表現(xiàn)為：

一線裝配人員技能培訓不足。導致本次異常發(fā)生的原因為聚四氟乙烯導向環(huán)裝配工藝不良與合閘電阻片裝配工藝不良，此類工藝的裝配質(zhì)量主要有賴于裝配人員的技能與責任心，很難通過后續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)。

對裝配工藝的監(jiān)督體系建設(shè)不到位。本次檢查發(fā)現(xiàn)的主斷口噴嘴導向件松脫是后續(xù)檢查比較容易檢出的問題，此外在文件檢查過程中還發(fā)現(xiàn)水洗、烘干采用了臨時編制的記錄表。

裝配過程中的異物管控不足。對其他相斷路器開蓋檢查發(fā)現(xiàn)多處異物、屏蔽罩螺栓異常磨損、5063開關(guān)C相3次雷電沖擊出廠試驗不通過、200次操作后的缺少影像記錄等問題表明對異物管控不足。

裝配質(zhì)量控制的分析與總結(jié)不足。本變電站9相斷路器的合閘電阻阻值測試結(jié)果均偏大，個別阻值已接近技術(shù)要求的上限，但廠家未能重視這一情況，未對技術(shù)參數(shù)管控范圍制定的原理以及測試值普遍偏高的現(xiàn)象開展分析。

6 結(jié)束語

高壓斷路器能夠開合正常電流，切斷短路電流，及時限制事故范圍的擴大，是供電系統(tǒng)中非常重要的一環(huán)，只有確保斷路器的正常工作，才能保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。此次因廠家裝配質(zhì)量問題引起的跳閘事件為電網(wǎng)設(shè)備的選擇、質(zhì)量的把關(guān)、出場驗收的要求敲響了警鐘。生產(chǎn)廠家應(yīng)該進一步完善設(shè)備設(shè)計的合理性，加強設(shè)備裝配工藝的管控。驗收單位應(yīng)該嚴把質(zhì)量關(guān)，杜絕殘次品，保證投運設(shè)備的質(zhì)量。設(shè)備主人要持續(xù)做好專項特訓、帶電檢測工作，切實保證設(shè)備狀態(tài)的高質(zhì)量管控。