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氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（gas insulated switchgear, GIS）在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行可靠和易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。GIS在制造、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行過程中，可能會因產(chǎn)品質(zhì)量把控不嚴(yán)或長期操作振動，導(dǎo)致其內(nèi)部導(dǎo)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(yán)重時引發(fā)跳閘事故，甚至造成人身傷害，帶來巨大的損失。

1 故障概述

特高壓站執(zhí)行網(wǎng)調(diào)1 000kV Ⅰ母線復(fù)役操作，通過T011開關(guān)給Ⅰ母線充電，遙控合T011開關(guān)，40ms后，1 100kV GIS故障，Ⅰ母兩套母差保護(hù)動作，跳開T011開關(guān)，C相故障電流約為14.2kA。故障時現(xiàn)場天氣晴，氣溫-6℃～6℃。

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

圖1 故障前運(yùn)行方式

故障設(shè)備為河南平高電氣股份有限公司生產(chǎn)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(yùn)日期為2016年4月3日。

2 檢查處理

2.1 保護(hù)動作情況

故障發(fā)生后，現(xiàn)場檢查1000kV Ⅰ母第一套母差保護(hù)和第二套母差保護(hù)均動作，故障電流14.2kA，保護(hù)動作行為正確。調(diào)取監(jiān)控后臺事件順序記錄（sequence of event, SOE），故障發(fā)展過程見表1，故障時刻波形如圖2所示。

表1 故障發(fā)展過程

圖2 1000kV線路及母線故障錄波

從圖2可以看出，T011開關(guān)遙控合閘后4ms盱泰Ⅰ線電壓波形開始出現(xiàn)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(guān)流向故障點(diǎn)。由于盱泰Ⅰ線線路保護(hù)未動作，判斷故障點(diǎn)處于盱泰Ⅰ線保護(hù)范圍外，即T011母線側(cè)隔離開關(guān)至整個Ⅰ母母線段。

2.2 一次設(shè)備檢查情況

故障后，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)1 100kV GIS T011斷路器位置為分位，機(jī)構(gòu)油壓為33MPa（額定為31.5MPa），未見異常。對設(shè)備SF6壓力情況進(jìn)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(guān)聯(lián)設(shè)備C相的SF6組分進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)Ⅰ母10號氣室氣體組分異常，SO2和H2S含量嚴(yán)重超標(biāo)，測量結(jié)果如圖3所示，初步判斷放電故障點(diǎn)位于該氣室。

圖3 Ⅰ母10號氣室氣體成分測量結(jié)果

現(xiàn)場對Ⅰ母C相10號氣室進(jìn)行開蓋檢查，確定放電點(diǎn)位于Ⅰ母C相10號氣室近T0411側(cè)隔離開關(guān)盆式絕緣子，為絕緣沿面閃絡(luò)故障，盆子沿面閃絡(luò)情況如圖4所示。對該氣室另一側(cè)盆子進(jìn)行檢查未發(fā)現(xiàn)放電痕跡。

圖4 故障盆子沿面閃絡(luò)情況

綜合一次設(shè)備檢查情況及保護(hù)動作情況，初步分析故障原因?yàn)棰衲窩相10號氣室近T0411側(cè)隔離開關(guān)盆式絕緣子存在絕緣缺陷，在空母線投入時發(fā)生沿面閃絡(luò)，進(jìn)而導(dǎo)致母差保護(hù)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(fā)現(xiàn)，10:00～13:00區(qū)域（面向盆子凹面）有大片灼黑痕跡，3:00區(qū)域有三條細(xì)樹叉狀放電痕跡，6:00區(qū)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(qū)域（面向盆子凹面）有2片金屬燒融痕跡，如圖6所示。筒體內(nèi)表面（對應(yīng)導(dǎo)體電弧燒蝕點(diǎn)）在10:00、12:00區(qū)域（面向盆子凹面）有兩處電弧燒蝕點(diǎn)。筒體內(nèi)表面6:00方向有熔融物滴落堆積痕跡，導(dǎo)體觸頭座表面燒蝕嚴(yán)重，如圖7所示。

3.2 試驗(yàn)檢查

對故障盆子進(jìn)行X光檢查，未見異常，如圖8所示。對故障盆子凹、凸面打磨拋光，分別進(jìn)行著色滲透試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果未見異常，如圖9所示。

圖6 故障盆子觸頭座

圖7 導(dǎo)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(yàn)

將故障盆子封入試驗(yàn)工裝，進(jìn)行工頻耐壓局部放電試驗(yàn)，試驗(yàn)加壓順序?yàn)椋?→1 100kV/5min→ 762kV/10min→試驗(yàn)結(jié)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(yàn)結(jié)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(nèi)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(yàn)及耐壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)盆子絕緣無異常，因此排除內(nèi)部絕緣缺陷的問題。通過現(xiàn)場解體檢查，未發(fā)現(xiàn)盆子及導(dǎo)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(dǎo)體12點(diǎn)方向沿盆式絕緣子表面發(fā)展，到GIS筒體12點(diǎn)位置導(dǎo)通形成放電通道。因此推斷本次故障原因?yàn)榕枳与娺B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(guān)處于母線另一側(cè)，通過T011開關(guān)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(yīng)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。

綜合上述分析，本次故障原因?yàn)榕枳与娺B接裝配間隙處可能存在微小顆粒、纖維等異物，母線復(fù)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(luò)故障。故障后異物消除，盆子絕緣強(qiáng)度得到恢復(fù)。

4 結(jié)論

本文對一起特高壓變電站1 100kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備母線跳閘故障進(jìn)行了分析。綜合廠內(nèi)檢查、解體結(jié)果，本次故障原因?yàn)榕枳与娺B接裝配間隙處可能存在微小顆粒、纖維等異物，母線復(fù)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(fā)盆子電連接裝配三角區(qū)電場畸變，造成盆子的閃絡(luò)故障。

針對本次故障的原因，為避免類似故障再次發(fā)生，提出以下建議：

1）生產(chǎn)廠家需進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)品制造質(zhì)量管控，保證產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境及出廠質(zhì)量。同時核算盆子結(jié)構(gòu)、盆子與電連接裝配三角區(qū)電場，進(jìn)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(qiáng)GIS母線對接、內(nèi)部安裝環(huán)節(jié)的管理，提高安裝質(zhì)量。

3）設(shè)備驗(yàn)收過程中，監(jiān)理及運(yùn)維單位加強(qiáng)實(shí)施驗(yàn)收檢查，交接試驗(yàn)過程中對設(shè)備本體進(jìn)行全面的局部放電檢測。

本文編自2021年第4期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“一起1100kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備母線放電故障分析”，作者為余爽、趙科。