一起110kV GIS盆式绝缘子故障分析及防范措施

一起110kV GIS盆式绝缘子故障分析及防范措施
王飞风;黄金剑;张默迪;黎华
【摘要】GIS内部空间极为有限,工作场强很高且绝缘裕度相对较小,一旦出现绝缘缺陷,极易造成设备故障,影响电网安全运行.在GIS设备绝缘故障中盆式绝缘子闪络故障占的比例较大.结合220kV某站发生的一起盆式绝缘子沿面放电造成的GIS设备故障案例,通过查找后台机保护动作信息、对设备进行绝缘电阻测量、解体检查确定故障点和故障类型.分析盆式绝缘子故障导致GIS内部闪络事故的原因及防范措施.
【期刊名称】《能源与环境》
【年(卷),期】2016(000)001
【总页数】2页(P31-32)
【关键词】GIS设备;盆式绝缘子;故障分析
【作者】王飞风;黄金剑;张默迪;黎华
【作者单位】广西电网有限责任公司电力科学研究院广西南宁530023;广西电网有限责任公司电力科学研究院广西南宁530023;国网山东省电力公司滨州供电公司山东滨州 256600;广西电网有限责任公司贺州供电局广西贺州 542800
【正文语种】中文
【中图分类】TM85
气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear,简称GIS)是把断路器、隔离开关、互感器、避雷器、母线等全部封装在金属罐体内,罐内充有一定压力的
SF6气体并接地。

由于GIS是以SF6气体作为绝缘介质,且设备封装在罐内,大大减小了绝缘距离,受外部环境影响小,可靠性高。

在城市、空间狭小的水电站以及在山区沿海等恶劣环境下GIS得到了广泛使用[1]。

盆式绝缘子作为GIS中的重要部件,起支撑导体,隔离气室和电气绝缘等作用。

然而,盆式绝缘子也是GIS绝缘中一个很薄弱的环节:①盆式绝缘子特殊的结构,存在表面电场畸变和局部电场集中;②沿面放电电压往往比SF6气体和绝缘子本体击穿电压小得多,容易发生沿面放电闪络,最终导致绝缘子击穿。

以往GIS设备在运行过程中发生过多起盆式绝缘子闪络故障[2,3]。

本文针对220kV某站发生的一起因盆式绝缘子沿面放电造成的GIS设备故障的案例,浅析因GIS盆式绝缘子导致GIS内部闪络事故的原因及防范措施。

事件前运行方式:2号主变110kV侧102开关、110kV江上线109开关挂
110kVⅡ号母线运行;110kV江口Ⅱ线103开关、110kV江临线105开关挂
110kVⅠ号母线运行;母联100开关运行;1号主变检修状态;35kVⅠ、Ⅱ段母线检修状态。

110kV母线保护按正常方式投入。

110kV母线保护装置差动保护(Ⅱ母小差)动作,跳开江口站110kV母联100开关、2号主变中压侧102开关、110kV江上线109开关。

图1(a)为某站江上线线路间隔实物图,图1(b)为江上线路线间隔、母线及母联间隔一次接线图。

接地短路故障发生后,并不能直接找到故障点,需要对设备作相关试验,采用排除法找到故障部位。

经现场检查及故障录波分析,事件发生时江口站110kVⅡ母母线保护范围内发生C 相单相接地,最大故障电流13.92A(一次值3341A),故障持续时间67ms。

110kV 母线保护装置Ⅱ母小差差动保护(定值4.25A)动作,经25ms后分别跳开110kV母联100开关、2号主变中压侧102开关、110kV江上线109开关。

现场对设备进行绝缘电阻测试,发现故障点在109间隔,对故障设备解体检查发现,故
障发生部位是1092刀闸与1091刀闸气室之间的气室隔离绝缘子,如图2所示。

发生击穿部位是面向1092气室侧的绝缘子,而面向1091气室侧绝缘子表面有轻微放电痕迹。

图3为故障绝缘子,从放电痕迹来看,A、C相发生相间短路和接地短路。

检查1092刀闸气室动侧盆式绝缘子,盆式绝缘子C相附近有明显且较长的裂纹通道,沿通道有明显的盆式绝缘子碎片脱落痕迹,盆式绝缘子A、C相附近有大面积碳化发黑痕迹,盆式绝缘子1092侧与1091侧中有明显的裂纹,检查1091刀闸气室其他绝缘件和触头无其它异常。

对与动侧盆式绝缘子相连的三相导体进行检查发现,A、C相导体屏蔽沿面有电弧烧蚀痕迹,其中C相严重,A相次之;B相导体无异常。

现场对烧损的气室的罐体及盆式绝缘子进行更换,更换完后,对1091刀闸及1092刀闸气室进行相关的试验,试验结果均无异常后,气室投入使用。

2.1 故障分析
由于盆式绝缘子在罐体内部,与户外绝缘子有所不同,基本避免了由污秽引起闪络放电故障,受外界条件影响非常小,下面主要从盆式绝缘子本身材料,安装环境,浇筑工艺几个方面分析:
(1)材料方面的原因。

由环氧树脂浇注而成的盆式绝缘子在气室内起到支撑导电体的作用,所以在气室内部发生故障时导电体一般会沿着盆式绝缘子表面对外壳进行放电(具体是否盆式绝缘子材料存在问题待试验后确定)。

(2)安装前盆式绝缘子存放环境不佳,环境湿度过大(环境湿度不宜大于80%)。

造成绝缘子吸附水份,安装前未重新进行吸收比及局部放电等试验,就进行安装。

固体绝缘介质吸附水份后会在表面形成水膜,造成沿面电压分布不均匀,使闪络电压低于纯空气间隙的击穿电压。

(3)盆式绝缘子在浇筑时,有可能内部会有微小的气泡存在,出厂检测及现场试验时数据均合格,但在投运后由于长期处于高电压、强电场内,气泡会对周围的电场分布造
成影响。

气泡周围的电场强度高于其他部位,造成气泡内部发生碳化现象。

碳化又
使电场分布情况进一步恶化,致使碳化范围进一步扩大。

最终导致盆式绝缘子绝缘
受损,发生闪络放电。

对于上述存在的几种原因做进一步的分析,以确定此次故障发生的主要原因:
(1)在现场拆除同一批次,同一型号的盆式绝缘子返厂进行X射线、例行水压、检漏以及耐压局放等试验,试验均顺利通过,因此初步排除盆式绝缘子因质量问题导致此
次故障发生的可能性。

(2)盆式绝缘子在突然的撞击等外力作用下可能产生裂纹。

现场检查盆式绝缘子的
裂纹状态,发现盆式绝缘子裂纹从嵌件根部向盆式绝缘子边缘发展。

该盆式绝缘子
位于隔离开关动侧,隔离开关在动作过程中若出现对中不良,则会加剧盆式绝缘子在
应力作用下裂纹的产生与发展。

根据上述分析,隔离开关动侧盆式绝缘子故障发生原因是在装配应力、温度应力等
综合作用下,在长期的运行操作中,使得盆式绝缘子出现裂纹并发展,裂纹沿面长时间局部放电,导致盆式绝缘绝子裂纹两侧碎裂,最终造成隔离开关绝缘故障。

2.2 措施
盆式绝缘子无论是在外力或装配应力等综合作用下产生裂纹,还是由于盆式绝缘子
本身的气隙、夹杂等制造缺陷,其造成故障都有一定的过程。

一般来说都要经历:缺陷—局部放电—绝缘故障。

因此,可根据局部放电的特征对故障进行预防。

为避免
同类事故再次发生,根据本次盆式绝缘子故障发生的原因,可采取相应措施:
(1)检查隔离开关合闸阻力大小。

隔离开关操作过程中,其合闸时阻力最大。

检查合闸阻力大小,确保隔离开关动静侧盆式绝缘子不受到异常外力作用。

在设备停电检
修状态下,利用手动工装、手动合闸隔离开关,利用数显力矩检查合闸瞬间力矩大小。

隔离开关合闸力矩应不大于140Nm。

如若在检查过程中出现大于上述标准的,应予以检修。

(2)定期进行局部放电检测。

利用超声波、超高频等方法定期对GIS设备进行局部放电检测,并在一定周期内对检测数值进行比对。

对于比对后数值稳定的可适当放大检测周期。

建议至少每年应进行一次检测。

(3)SF6绝缘故障特征气体检测。

定期对各气室进行SF6绝缘故障特征气体检测,关注SF6气体数据的变化,在分析当次试验数据的同时,还需着眼于历史数据的比对,从数据变化趋势判断设备运行情况,尽早发现缺陷。

本文主要对220kV某站GIS盆式绝缘子故障原因进行了分析并提出了防范措施: (1)通过对故障盆式绝缘子和同一批次、同一型号的盆式绝缘子进行相关试验,试验均顺利通过,排除了盆式绝缘子由于质量问题导致此次故障发生的可能性。

(2)现场检查故障盆式绝缘子裂纹情况,根据盆式绝缘子裂纹从嵌件根部向盆式绝缘子边缘发展,认定盆式绝缘子的故障原因主要是隔离开关动侧盆式绝缘子在装配应力、温度应力等综合作用下,在长期的运行操作中,使得盆式绝缘子出现裂纹缺陷并发展,裂纹在电压作用下发生局部放电,导致盆式绝缘绝子裂纹两侧碎裂,最终造成隔离开关绝缘故障。

(3)供电局在日常维护工作中应加强对运行中的GIS设备进行局部放电和SF6气体检测,及早发现设备隐患或缺陷,确保电网安全稳定运行。

参考文献
1邱毓昌.GIS装置及其绝缘技术.北京:水利电力出版社,1994
2国家电网公司运维检修部.高压开关设备典型故障案例汇编(2006-2010年).2012 3白晓萍,李娟,尹茂华.盆式绝缘子击穿分析及防范措施.高压电器, 2013,49(10) Carbon tax-碳税是指针对二氧化碳排放所征收的税。

它以环境保护为目的,希望通过削减二氧化碳排放来减缓全球变暖。