气体绝缘金属封闭开关设备电压互感器击穿放电故障原因

气体绝缘金属封闭开关设备电压互感器击穿放电故障原因

于婷

新东北电气集团高压开关有限公司沈阳分公司 ,辽宁沈阳 110000

摘要：电压互感器作为一种重要的电气设备，主要用于电气回路和设备的保护、测量及控制，对电网设备的安全稳定运行具有重要作用，因此要求其绝缘必须可靠。电压互感器按照原理主要分为电磁式和电容式两种。早期我国电网主要使用电磁电压互感器，它直接通过电磁耦合将高压转化为低压。在电力工业中,气体绝缘金属封闭开关设备是电力系统的重要设备,它将一座变电站中除变压器以外的一次设备,包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电压互感器、避雷器、母线、电缆终端和进出线套管等,经优化设计有机地组合成一个整体。气体绝缘金属封闭开关设备电压互感器击穿放电故障原因有多个方面，本文主要对气体绝缘金属封闭开关设备电压互感器击穿放电故障原因做具体论述，希望通过本文的分析研究给行业内人士以借鉴和启发。

关键词：气体绝缘金属封闭开关设备；电压互感器；击穿放电；故障原因

引言

随着电力系统的输电电压逐步增高，电磁式电压互感器的体积越来越大，随之成本也越来越大。电容式电压互感器（CVT）因其具有体积小、绝缘强度强、性价比高等一系列优点，在电网中得到广泛的运用。但由于国产CVT厂家众多，产品质量层次不齐，部分产品家族性缺陷也频繁发生，影响着电网的安全稳定。当前，随着我国电力事业的蓬勃发展,对电压互感器性能提出了更高的要求,如果电压互感器的绝缘性能出现问题,将引起电压互感器放电,造成一次或二次绕组击穿,引发继电保护使得电压互感器退出运行,电力线路停运。本文主要对击穿放电故障做论述，详情如下。

1气体绝缘金属封闭开关设备电压互感器击穿放电故障原因

1.1油类污染引起的击穿放电

气体绝缘金属封闭开关设备电压互感器击穿放电故障原因之一是油类污染引起的击穿放电。由于抽真空处理过程未严格按操作规范进行,导致真空泵内的油倒流,进入电压互感器气室中,造成气室的屏蔽罩或电压互感器线圈等沾染油污。运行前期,真空泵内的油作为绝缘油的一种可视作绝缘体,但随着电压互感器气室中的一次高压作用,产生局部放电,导致绝缘油碳化,即绝缘油在高压作用下,分子链分解断裂形成碳化物,在屏蔽罩或电压互感器线圈上形成黑色附着层,进而形成放电通道。

1.2气室中微量水分引起的击穿放电

气体绝缘金属封闭开关设备电压互感器击穿放电故障原因之二是气室中微量水分引起的击穿放电。电压互感器的二次线圈绕线匝数高达数万匝,由于其线圈层间使用的聚酯薄膜绝缘材料、漆包线表面绝缘漆、铁芯硅钢片表面的油漆以及电压互感器躯壳内表面的油漆等材料均为高分子材料,其表面极易吸附空气中的微量水分,如果电压互感器线圈在装配前未严格按工艺文件要求进行加热除潮处理,则容易夹带部分水分进入电压互感器气室中。电压互感器运行过程中,由于高压线圈内部温度较高,其中的微量水分随即散发于电压互感器气室中,如果此时电压互感器气室中部分零部件存在尖角、毛刺等缺陷,在高电压的作用下,会产生局部放电现象。气室中作为绝缘介质的SF6气体可能发生分解,这些分解物与水发生化学反应,形成具有腐蚀性的氢氟酸、硫酸等腐蚀聚酯薄膜、铝导体等零部件,从而引发短路故障。短路大电流会瞬间产生大量热量,引起绝缘材料气化变质,形成絮状、粉状、氧化状等损坏形态。

1.3谐振问题引发的击穿放电

电压互感器常布置于电站开关站进线、出线以及母线回路。目前除部分出线采用电容式电压互感器，罐装式电磁式电压互感器被广泛应用在气体绝缘金属封闭开关设备中。由于电磁式电压互感器存在进入饱和区后呈现非线性的特点，一旦和对应回路中的电容原件组成振荡回路，就可能激发持续时间较长的铁磁谐振过电压，造成PT损坏，极端情况下影响系统安全运行。某电站500kVGIS开关站投运后，在进线回路停电操作过程中多次发生PT三分频谐振问题，严重威胁电站设备的安全稳定运行。由于某电站GIS已投产，在不改变GIS整体布局的前提下，要彻底解决短引线停电时电压互感器发生谐振的问题，需要对PT产品的结构设计进行改进，即改变PT的电磁参数，破坏谐振条件。目前国内大型罐装互感器制造厂采用的优质冷轧硅钢带饱和磁通密度约为1.8～1.9T。某电站原PT设计磁通密度为0.86T，当发生三分频谐振时，PT磁通密度为B1=0.86×3=2.58T，远大于冷轧硅钢带的饱和磁通密度，因此可以解释该电站在短引线停电的过程中必然会发生三分频谐振。通过改变一次绕组的匝数改变了电压互感器的一次电感值，这种变化不牵涉到产品主绝缘设计的变化，不需要型式试验。调整后的产品仍然可以确保二次绕组容量和准确级的技术要求，也不会对其他设备造成影响。改进结构后，由于PT非线性电感的变化可以避开某些工况的谐振电容匹配点，互感器理论上就不会发生谐振。

2预防措施及建议

2.1进行专项排查

预防措施及建议之一是进行专项排查。做一次专项红外精确测温，对于电磁单元三相间温差超过2K或专业巡检存在异常的设备应开展油样工作，存在问题及时进行更换；缩短相应厂家电容式电压互感器油化周期、试验周期，对设备进行全周期跟踪；订货时签订相关技术协议，提高导体表面绝缘工艺，例如热镀锌处理。

2.2加强对工作人员的技能培训

预防措施及建议之二是加强对工作人员的技能培训。在电力系统的运行和维护过程中，不一样的变电站种类需要不同的工作人员进行负责和管理，所以对于工作人员也有更高的要求，需要工作人员及时的更新自身的专业技能，加强对相关设备的巡视。因为对于任何一项设备的使用都具有长期使用的特点，所以工作人员除了要考虑设备监控的时间，还要积极的考虑变电站使用的季节特点和环境特点，将各种影响到设备使用的因素都要考虑清楚。只有对问题产生的原因有所明确，才能更好地对问题进行有效的预防和维护。如果设备在运行的过程中，还存在无故的负荷增加问题或者运行方式的变化，工作人员就要及时的加强巡视频率。对于温度较高时候的状态，更需要进行重点的关注，对油温和油的位置也要有所把握。而且要想使巡视的工作实现长久有效的开展，工作人员就要充分的掌握变电站相关的知识，发挥先进的设备维护技能，这样才可以保证变电站中温度问题可以有效地实现解决，让各种事故问题的发生在萌芽时期就进行消灭。

结语

总而言之，为减少故障的发生,在电压互感器生产过程中必须严格做到以下几点。(1)电压互感器装配过程中的抽真空工序,需严格按工艺文件的规范执行,同时填写相应的抽真空记录。(2)电压互感器装配所涉及的各种零部件,需进行清洗和清理,按规定使用装配工装。(3)电压互感器所用的一次线圈和二次线圈,需严格执行加热烘干工艺。(4)定期检测电压互感器装配环境的洁净度,定期更换试验用SF6气体,对产品密封面按工艺文件的要求涂覆密封胶等。(5)电压互感器绕组选取优质铜导线且导线的截面积应尽可能大;对紧固螺钉按工艺要求的紧固力矩紧固,特殊螺钉涂覆紧固胶紧固;运输期间使用冲击记录仪记录运输过程是否产生过量冲击等,增强电压互感器防铁磁谐振变形的能力。总之，引起击穿放电的原因是多个方面的，击穿放电会给生产带来极大的威胁，因此，要关注气体绝缘金属封闭开关设备的安全运行，为我国电力建设的发展提供有力支撑。

参考文献

[1]何能.电磁式电压互感器爆炸原因分析[J].四川水泥,2018(2):321.

[2]李佳,罗浪,陈洲,等.220kVGIS电压互感器贯穿性接地故障分析及防范措施研究[J].湖北电力,2018,42(2):1013.