一起1100kV 氣體絕緣金屬封閉開關設備母線放電故障分析

余 爽 趙 科

（1. 國網江蘇省電力有限公司檢修分公司，南京 211100；2. 國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院，南京 211100）

0 引言

氣體絕緣金屬封閉開關設備（gas insulated switchgear, GIS）在現代電力系統中起著舉足輕重的作用，具有結構緊湊、運行可靠和易維護等優點[1-2]。GIS 在制造、運輸、安裝、運行過程中，可能會因產品質量把控不嚴或長期操作振動，導致其內部導體表面存在金屬微粒、絕緣件或緊固件松動和相對位移等缺陷，嚴重時引發跳閘事故，甚至造成人身傷害，帶來巨大的損失[3-7]。

1 故障概述

特高壓站執行網調1 000kV Ⅰ母線復役操作，通過T011 開關給Ⅰ母線充電，遙控合T011 開關，40ms 后，1 100kV GIS 故障，Ⅰ母兩套母差保護動作，跳開T011 開關，C 相故障電流約為14.2kA。故障時現場天氣晴，氣溫-6℃～6℃。

故障前運行方式為T011 處于熱備用狀態，T051、T041、T022 處于冷備用狀態，T053、T042、T043、T023、T013 開關處于運行狀態，如圖1 所示。

故障設備為河南平高電氣股份有限公司生產的ZF27—1100（L）型GIS，額定電流為6 300A（母線8 000A），額定短路開斷電流為63kA，制造日期為2014 年，投運日期為2016 年4 月3 日。

2 檢查處理

2.1 保護動作情況

圖1 故障前運行方式

故障發生后，現場檢查1 000kV Ⅰ母第一套母差保護和第二套母差保護均動作，故障電流14.2kA，保護動作行為正確。調取監控后臺事件順序記錄（sequence of event, SOE），故障發展過程見表1，故障時刻波形如圖2 所示。

表1 故障發展過程

圖2 1 000kV 線路及母線故障錄波

從圖2 可以看出，T011 開關遙控合閘后4ms盱泰Ⅰ線電壓波形開始出現異常，14ms 時C 相電壓跌至零，故障電流增加。本次故障電流由T011 開關流向故障點。由于盱泰Ⅰ線線路保護未動作，判斷故障點處于盱泰Ⅰ線保護范圍外，即T011 母線側隔離開關至整個Ⅰ母母線段。

2.2 一次設備檢查情況

故障后，現場檢查發現1 100kV GIS T011 斷路器位置為分位，機構油壓為 33MPa（額定為31.5MPa），未見異常。對設備SF6壓力情況進行排查，非斷路器氣室的壓力為0.48MPa 左右（額定值為0.45MPa），斷路器氣室的壓力為0.68MPa左右（額定值為0.65MPa），排查未見壓力異常。

對Ⅰ母及關聯設備C 相的SF6組分進行了測量[8-9]，發現Ⅰ母10 號氣室氣體組分異常，SO2和H2S 含量嚴重超標，其中SO2體積分數為70×10-6，H2S 體積分數為 28.7×10-6（標準規定均不超過10-6），測量結果如圖3 所示，初步判斷放電故障點位于該氣室。

圖3 Ⅰ母10 號氣室氣體成分測量結果

現場對Ⅰ母C 相10 號氣室進行開蓋檢查，確定放電點位于Ⅰ母C 相10 號氣室近T0411 側隔離開關盆式絕緣子，為絕緣沿面閃絡故障，盆子沿面閃絡情況如圖4 所示。對該氣室另一側盆子進行檢查未發現放電痕跡。

圖4 故障盆子沿面閃絡情況

綜合一次設備檢查情況及保護動作情況，初步分析故障原因為Ⅰ母C 相10 號氣室近T0411 側隔離開關盆式絕緣子存在絕緣缺陷，在空母線投入時發生沿面閃絡，進而導致母差保護動作跳閘。

3 返廠檢查

3.1 外觀檢查

對故障盆子返廠檢查發現，10:00～13:00 區域（面向盆子凹面）有大片灼黑痕跡，3:00 區域有三條細樹叉狀放電痕跡，6:00 區域有熔融物飛濺痕跡，如圖5 所示。

圖5 故障盆子外觀檢查

故障盆子觸頭座在10:00、12:00 左右區域（面向盆子凹面）有2 片金屬燒融痕跡，如圖6 所示。筒體內表面（對應導體電弧燒蝕點）在10:00、12:00區域（面向盆子凹面）有兩處電弧燒蝕點。筒體內表面6:00 方向有熔融物滴落堆積痕跡，導體觸頭座表面燒蝕嚴重，如圖7 所示。

3.2 試驗檢查

對故障盆子進行X 光檢查[10-12]，未見異常，如圖8 所示。對故障盆子凹、凸面打磨拋光，分別進行著色滲透試驗，試驗結果未見異常，如圖9 所示。

圖6 故障盆子觸頭座

圖7 導體觸頭座外觀檢查

圖8 故障盆子X 光檢查

圖9 故障盆子著色滲透試驗

將故障盆子封入試驗工裝，進行工頻耐壓局部放電試驗[13]，試驗加壓順序為：0→1 100kV/5min→762kV/10min→試驗結束。最大局部放電量約為1.7pC，滿足單只絕緣件局部放電量不超過3pC 的要求，試驗結果未見異常。

3.3 原因分析

盆式絕緣子放電的原因主要有內部絕緣缺陷、絕緣及連接件松動、表面異物三個方面。通過返廠X 光檢測、著色滲透試驗及耐壓試驗，發現盆子絕緣無異常，因此排除內部絕緣缺陷的問題。通過現場解體檢查，未發現盆子及導電桿連接件松動的問題，這一方面的原因也可排除。通過對盆子表面、觸頭座的放電痕跡檢查可以看出，放電起始通道為中心導體12 點方向沿盆式絕緣子表面發展，到GIS筒體12 點位置導通形成放電通道。因此推斷本次故障原因為盆子電連接裝配間隙處可能存在微小顆粒、纖維等異物。

故障盆子位于Ⅰ母C 相母線末端，該相母線未安裝PT，在盆子表面容易積聚殘余電荷。T011 開關處于母線另一側，通過T011 開關給Ⅰ母線充電時，在操作過電壓、盆子表面殘余電荷、長母線容性效應的共同作用下，故障盆子處電壓相對升高，放電電壓降低，造成絕緣子沿面放電[14]。

綜合上述分析，本次故障原因為盆子電連接裝配間隙處可能存在微小顆粒、纖維等異物，母線復役過程中，在盆子表面殘余電荷、操作過電壓等因素作用下，造成盆子的閃絡故障。故障后異物消除，盆子絕緣強度得到恢復。

4 結論

本文對一起特高壓變電站1 100kV 氣體絕緣金屬封閉開關設備母線跳閘故障進行了分析。綜合廠內檢查、解體結果，本次故障原因為盆子電連接裝配間隙處可能存在微小顆粒、纖維等異物，母線復役過程中，在盆子表面殘余電荷、操作過電壓等因素作用下，誘發盆子電連接裝配三角區電場畸變，造成盆子的閃絡故障。

針對本次故障的原因，為避免類似故障再次發生，提出以下建議：

1）生產廠家需進一步加強產品制造質量管控，保證產品生產環境及出廠質量。同時核算盆子結構、盆子與電連接裝配三角區電場，進一步研究操作過電壓下盆子的絕緣特性。

2）基建安裝過程中，施工單位及廠家加強GIS母線對接、內部安裝環節的管理，提高安裝質量。

3）設備驗收過程中，監理及運維單位加強實施驗收檢查，交接試驗過程中對設備本體進行全面的局部放電檢測。