某变电站角形隔离开关故障原因的试验及分析

某变电站角形隔离开关故障原因的试验及分析

张荻 1，司文杰 2

1. 河南平高电气股份有限公司，河南平顶山， 467001 ； 2. 河南城建学院电气工程学院, 河南平顶山，467001

摘要：针对某变电站 GIS 设备现场运行中发现ⅠⅡ母母差保护动作，110kV GISⅡ母失压。通过对故障气室开盖检查，相间距离因素分析，气体泄漏引起的绝缘能力下降因素分析，气 室水分严重超标引起绝缘能力下降因素分析，角形隔离开关母线侧水平盆异物存在因素分析， 得出本次故障是隔离开关静触头的触头座根部边缘先发生A、B 相间短路，短路电弧造成触头屏蔽罩和触头座熔化产生金属熔融物及金属蒸汽，气室内 SF6 气体受热分解，同时电弧产生的高温迫使 CT 线圈、绝缘件等内的水分释放到气室中，导致微水严重超标，整个气室绝缘水平下降，最终发展成三相短路故障。

0. 引言

随着坚强智能电网的稳步推广，越来越多的气体绝缘封闭式组合电器（以下简称GIS）产品在电网中成功运行^[]。以往研究者们认为气体绝缘封闭式组合电器具有高的可靠性，无需维护^[]，但现阶段，随着 GIS 设备的广泛应用，设备自身的绝缘能力的下降、保护误动作、气体成分报警、局部放电等现象时有发生，给电网的安全运行和系统的可靠性带来了巨大隐患^[]。

笔者针对某 GIS 变电站内的角形隔离开关气室故障的情况，通过对隔离开关气室内部相间距离试验分析、气体泄漏引起的绝缘能力变化试验分析、气室内部微水严重超标引起的绝缘能力变化试验分析、绝缘盆子质量问题试验分析和角形隔离开关母线侧绝缘子异物检测试验分析，分析了该 GIS 变电站的角形隔离开关故障的原因，为电力

设备运行及生产企业提供借鉴，防止此类事故的再次发生^[]。

0. 故障原因定位

在某变电站的现场Ⅰ母和Ⅱ母母差保护动作，110kV GIS 的Ⅱ母失压，发生故障时录波图如图 1 所示。由录波图分析，AB 相先发生相间短路，随后发展至三相短路故障。

图 1 录波图

经过间隔气室成分排查，发现 F5 间隔Ⅱ母角隔气室气体成分严重异常，判定该气室有放电，后开盖检查发现 F5 间隔角形隔

离开关气室内部出现大量粉尘物，故障部位

如图 2 所示。

故障部位

图 2 F5 间隔现场布置图

针对 F5 间隔角形隔离开关气室解体前在现场检查了故障气室压力显示正常

0.42MPa，图 3 给出了故障气室的压力及密度值。在现场进行测试气体成分，气体成分检测结果见表 1 所示，气体成分检测异常。

图 3 现场故障气室压力显示

表 1 气体成分检测结果表

注：进气露点单位为℃；水分含量、PP20 含量、CO 含量、

SO2 含量、H2S 含量的单位均为uL/L。

将 F5 间隔的角形隔离开关回气之后先拆除Ⅰ母角形隔离开关，发现气室内存在大量粉尘分解物，三相触头座及屏蔽罩有熔化烧蚀痕迹，三相绝缘拉杆有不同程度发黑现象，如图 4 所示。

图 4 角形隔离开关气室烧蚀图

拆除隔离开关下部水平绝缘子，观测三相动触头分闸状态良好，屏蔽罩和触头座表面有明显烧蚀痕迹，CT 侧绝缘子 B 相下方有发黑现象，如图 5 所示。

图 5

通过解体之后观测 GIS 内部的烧蚀情况和发黑部位可以判断发生放电的具体位

置为 F5 间隔角形隔离开关气室内静触头座根部发生了放电烧蚀现象。笔者将在第 2 章节进行详细分析本次故障原因。

0. 故障原因分析及试验验证

在本次事件的故障原因为静触头座根部边缘发生相间短路，发生相间短路的因素很多，笔者根据多年从事高压开关设计经验进行了分析及试验验证。

0. 1. 相间距离因素分析

该产品按照国家标准和 IEC 标准在意大利 CESI 试验站进行了 145kV 全套型式试验，相间及对地绝缘距离完全满足标准的要求，且绝缘裕度较大。另外，出厂耐压试验合格也再次排除绝缘距离不够的可能性。

0. 2. 气体泄漏引起的绝缘能力下降因素分析故障前无补气报警信号发出；故障后，

气体压力仍能保持在 0.42Mpa,证明 SF6 气体无明显泄漏；故并非气体泄漏引起的绝缘能力下降。

0. 3. 气室水分严重超标引起绝缘能力下降因

素分析

如果微水超标应先引起对地放电（相对地距离最短为 85mm）；故障气室内 CT 线圈较一般绝缘件含水量多，在高温下水份被释放出来，导致微水超标；

0. 4. 角形隔离开关母线侧水平盆异物存在因素分析

异物来源可能有几个方面：

0. 1. 1. 充气、补气过程中混入

如果充气过程未严格执行操作规范，充气管路中存在的异物可能混入。

0. 1. 2. 隔离开关操作时传动部位产生

隔离开关操作时气室内部传动部位有导向杆与托架之间、滑块与托架之间。

• 导向杆与托架之间：导向杆采取高温发蓝处理，托架采取硬质氧化处理，通过提高硬度，可有效避免金属异物产生；

• 滑块与托架之间：滑块采用尼龙材料，托架采取了硬质氧化处理，可有效避免金属异物产生；

通过解体详细检查，导向杆与托架之间、滑块与托架之间均属于正常状态，无明显刮擦痕迹，可排除传动部分产生异物。

0. 1. 3. 动触头镀银层脱落产生

         • 解体发现B 相动触头端部镀银层有 3 处起皮，但并未脱落至气室内部，起皮原因为：高温电弧使动触头受热膨胀，在冷却收缩过程中产生不均匀应力，导致镀银层起皮。

         • 动触头镀银出厂检查合格。

0. 1. 4. 动静触头分合闸操作过程产生

由于该站设备为 2010 年生产，当时没有

200 次分合闸操作的规定，动静触头没有充分磨合，分合闸操作过程中产生异物。操作过程中产生的碎屑掉落至母线侧水平盆上， 引起电场畸变，导致故障发生。解体发现动触头镀银层端部有分合闸磨损痕迹，笔者认为本次故障是由于气室内混入异物造成，异物来自于动静触头摩擦产生的可能性最大。

3 结论

从故障部位解体情况分析，本次故障是隔离开关静触头的触头座根部边缘先发生 A、B 相间短路，短路电弧造成触头屏蔽罩和触头座熔化产生金属熔融物及金属蒸汽， 气室内 SF6 气体受热分解，同时电弧产生的高温迫使 CT 线圈、绝缘件等内的水分释放到气室中，导致微水严重超标，整个气室绝缘水平下降，最终发展成三相短路故障。 参考文献

1. 李超, 陶蓉.一起 126kV GIS 设备故障后的检测实例分析[J].高压电器,2015,51(1):145-146.

2. 张节容等.高压电器原来及应用.北京：清华大学出版社,1989

3. 平高集团培训中心编制.高压电器基础教程[M].

河南平顶山,2005.

4. 季严松, 王承玉, 杨韧, 等.SF6 气体分解物检测技术及其在 GIS 设备故障诊断中的应用[J].高压电器, 2011

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