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摘要:介绍了一起GIS断路器内部灭弧室故障案例的分析与处理过程,首先对故障案例进行了简单的描述,并对事故原因进行详细的分析,得出内部灭弧室烧蚀故障是由于绝缘拉杆受潮后绝缘性能下降导致,经过更换绝缘拉杆以及其他灭弧室零部件,完成了故障缺陷的处理。通过对案例分析,对解决类似问题起到一定的借鉴作用。气体绝缘金属封闭开关设备(简称GIS),利用了SF6气体的高绝缘性能,将断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等多种设备以及母线组合在一起,具有占地面积小、维护工作量少、安装简便等优点,在电力系统中广泛应用,但由于结构复杂,一旦出现故障,对供电系统影响范围大、会造成较大的不良影响。
关键词:GIS;组合电器;断路器;灭弧室故障
1、故障概况
某220kV变电站采用了220kVGIS设备,户外布置,断路器机构为全弹簧操动机构,共4回进线、3回出线,1个母联间隔。在按计划进行2#间隔(出线间隔)倒送电调试作业时合闸操作,送电后约4min发生接地短路故障。故障持续时间约400ms,短路电流约11kA。故障造成全站停电,2#间隔A相灭弧室内部压力增大,防爆膜破裂。
抢修团队通过对故障现场进行勘查,与现场运行人员讨论,并结合故障期间的录播图,对现场情况作出初步判断,得出以下结论:
故障位置位于断路器灭弧室,但未影响相邻其他元件隔离开关及电流互感器内部元件,故障对电流互感器及隔离开关盆式绝缘子是否产生影响,需对设备解体后才能作出准确判断。
现场检查情况如下:
1.1设备外观检查
断路器防爆膜盖板变形,壳体内壁发现有SF6白色粉尘物;气室压力降为零;断路器机构显示为分闸位置。
1.2断路器内部检查
打开上盖后,发现绝缘拉杆爆裂,有一片飞到灭弧室静侧屏蔽上。观察灭弧室位置在罐体中心,CT导体位置正常。罐体下部法兰上堆积了大量固体块状物体,可见绝缘拉杆碎片;断路器灭弧室内部导体因烧蚀严重发生位移;下侧梅花触头烧损极为严重,罐体下部法兰上堆积了大量固体块状物体。
1.3CT检查
下侧电流互感器内部被金属喷溅物严重污染,与M1隔离开关接口位置存在电弧烧蚀的痕迹,已无法使用,导体靠近母线DS盆子侧烧损极严重,上侧CT导体部分烧损;上侧电流互感器内部同样被金属喷溅物污染。
1.4隔离开关检查
1.4.1靠断路器侧的M1隔离开关盆式绝缘子烧损严重,触头烧损严重,盆子表面上经过擦洗打磨后状态良好,表面上分布大量放电纹路。
1.4.2靠母线侧的M1隔离开关经手孔盖板开盖检查,内部清洁。母线隔离开关静侧状态良好。
1.4.3上层隔离开关盆式绝缘子仅有少量粉末,清理后情况良好。
根据工作安排,抢修团队对故障断路器拆除后,对M1隔离开关外部进行密封保护,决定对断路器、上下CT、及M1隔离开关进行更换。
2、产品解体情况
由于现场缺乏检修条件,因此将相关的故障设备解体检查,具体检查情况如下:
2.1灭弧室
灭弧室外表面被电弧侵蚀,中间支撑绝缘筒熏黑,但无放电痕迹,动侧支撑绝缘台炸裂。
2.2绝缘拉杆
灭弧室下绝缘拉杆完全炸裂;绝缘拉杆与灭弧室动端连接部件受电侵蚀痕迹;根据接头位置判断灭弧室处于合闸位置。
3、原因分析
3.1绝缘故障过程
分析团队根据故障期间的录波图、故障现场的勘查、解体检查结果,得出故障的发展过程如下图所示:
3.2故障电流通路
解体检查,绝缘拉杆顶部与断路器动侧触头连接处、灭弧室动端铝制框架、灭弧室支撑板均有明显烧蚀,灭弧室其他零部件无明显放电现象,故分析断路器故障电流路径为经绝缘拉杆直至灭弧室支撑板。
3.3绝缘拉杆故障原因分析
一般情况下造成绝缘拉杆发生绝缘故障主要有以下原因:
3.3.1绝缘拉杆本身质量造成绝缘失效,具体包括:①绝缘拉杆外沿面浸胶层缺陷引起拉杆绝缘失效;②绝缘拉杆内沿面浸胶层缺陷引起拉杆绝缘失效;③绝缘拉杆玻璃丝布层缺陷引起拉杆绝缘失效。
为避免存在上述缺陷的绝缘拉杆,生产过程中会经过严格的出厂试验,缺陷会提前发现。经核实该绝缘拉杆的入厂试验情况,试验数据表明绝缘拉杆无异常。现场安装完成后。现场绝缘局放试验一次通过。所以,初步判断不属于绝缘拉杆质量问题。
3.3.2绝缘拉杆受潮。真空浸胶管绝缘拉杆受潮会造成绝缘性能逐渐下降,在出厂试验和现场试验时绝缘拉杆刚装入产品,绝缘件绝缘性能仅有少许下降,由于产品有足够的绝缘裕度,出厂试验均顺利通过。随着时间的推移,下降程度越来越严重,直至不能承受额定电压而击穿。结合该项目安装的组装及调试时间,分析现场情况分析工程的组装及调试时间正处于雨季,相对湿度较高的时期,打开包装后裸露在空气中的时间过长,可能造成绝缘拉杆受潮,而绝缘拉杆受潮是可能导致本次故障的直接原因。
3.4结论
断路器绝缘拉杆在组装调试时厂内装配检查不到位,裸露在空气中时间过长,造成绝缘件受潮绝缘性能下降,随着时间的推移,下降程度越来越严重,直至下降到不能承受额定电压而击穿造成本次故障事件。
4、后续保证措施
增加对后续的绝缘拉杆入厂试验逐支进行X射线探伤试验。要求绝缘拉杆在完成入厂试验后包装时进行双道密封,并且包装袋内部装入防潮剂以及湿度指示纸,如指示纸变色该拉杆严禁使用。厂家加强绝缘拉杆全过程工艺控制,严格执行自检、互检制度。同时对相关人员进行故障案例警示教育,提高对绝缘拉杆全过程工艺控制重要性的认识。通过上述改进措施的执行,杜绝类似事件的再次发生。
参考文献
[1]黎斌,SF6高压电器设计[M].北京:机械工业出版社,2003.
[2]GB7674-2008,额定电压72.5kV及以上气体绝缘金属开关设备[S].
作者简介
全梦华(1990-),女,广西梧州人,初级工程师,研究方向为高压电器产品研发与应用。
卞婷婷(1980-),女,江苏镇江人,工程师,研究方向为高压电器产品研发与应用。