500kV GIS母线盆式绝缘子短路故障处理及原因分析

500kV GIS母线盆式绝缘子短路故障处理及原因分析

发表时间：2019-03-13T11:26:42.937Z 来源：《电力设备》2018年第28期作者：吕连求郑栋文黄羽

[导读] 摘要：详细介绍某水电站500kV GIS母线盆式绝缘子短路故障发生，故障查找和处理过程，相关原因分析，总结故障处理经验，提出相应的改进建议和预防措施。

（中国长江电力股份有限公司湖北宜昌 443000）

摘要：详细介绍某水电站500kV GIS母线盆式绝缘子短路故障发生，故障查找和处理过程，相关原因分析，总结故障处理经验，提出相应的改进建议和预防措施。

关键词：500kV；GIS；盆式绝缘子；短路故障

0 引言

气体绝缘组合电气设备（Gas Insulated Switchgear，GIS）因其具有可靠性高、检修周期长、受环境干扰影响小、占地面积小及安装周期短等优点，在高压输电领域获得了非常广泛的应用。但近年来GIS设备故障时有发生，由于其封闭性的特点，GIS故障点的查找比敞开式设备复杂，检修和恢复时间也较长。

GIS装设的绝缘件通常为环氧树脂材质，主要是起到支撑导体和对外壳绝缘的作用。形状有盆、棒、筒、盘等型式，以盆式绝缘子较为常见。其中密闭盆式绝缘子，还能够隔绝相邻气室的气体，保持气室相对独立性，便于检修和气体作业。由于GIS 体积小，结构紧凑，其内部绝缘问题一直是威胁GIS 安全稳定运行的故障隐患。根据国际大电网会议（CIGRE）1996 年向世界范围内的用户调查，所有故障的20%以上属于绝缘故障。

1 故障概况

2018年5月15日20时30分，某水电站500kV GIS 5132开关合闸，5B主变复电。正常运行约1分47秒后，该水电站5B变压器保护A/B套主变差动保护动作，5132开关跳闸。该电站GIS电压等级为500 kV，GIS为三相独立式结构，额定电压为550kV，额定电流为5000A，绝缘气体为纯SF6气体绝缘，绝缘件为环氧树脂浇注而成的盆式绝缘子。设备型号为ZF8A-550，外壳外径和壁厚分别为508mm、8mm，导体外径和壁厚分别为160mm、10mm，主接线方式分为4/3和3/2接线两种方式。

2 故障定位与检查

2.1 保护装置动作情况分析

查看保护装置动作报告，A套装置显示：“2018-05-15 20：32：11：534 主变差动保护动作”，B套装置显示：“2018-05-15 20：32：11：532 主变差动保护动作”。保护动作时刻，A/B套变压器保护装置高压侧5132开关C相故障电流采样值分别达到5.01A/5.02A（二次值，CT变比5000/1，故障电流一次值约25kA），判断变压器保护区内发生C相接地故障。

2.2 故障定位

根据保护装置动作报告，初步判定故障位置在C相。对C相进行绝缘电阻测量，绝缘电阻不合格，绝缘电阻测量时在51316、51321隔刀侧的电流互感器二次侧不能监测到电流，可以确定故障点在G321、G312、G314隔室内，对5B进线C相G321、G312、G314隔室进行SF6气体分解物检测，G312隔室内气体分解物超标，故定位故障点为G312隔室C相。

2.3 故障点检查

51321隔刀与其上方三通法兰间通过一气密盆式绝缘子隔断，51312隔刀与其上方三通间为一透气式盆式绝缘子，51312隔刀所在隔室既是故障所在隔室，考虑到51321隔刀上方为气密盆式绝缘子，首先对51321隔刀上方三通吸附剂盖板开盖后，开盖后发现三通内通孔盆式绝缘子表面有闪络烧蚀痕迹，并且在凸面存在一条疑似从中心导体延伸至通孔盆式绝缘子外侧边缘，三通壳体内表面及下方气密盆式绝缘子均有严重烧蚀、喷溅痕迹。

3 故障处理

回收5B主变GIS进线C相SF6气体，拆解气室，更换绝缘盆子，清理气室。故障隔室与51213隔刀及其下方电流互感器为同一隔室，在此次放电故障过程中，51312隔刀及下方电流互感器受放电颗粒物严重污染，逐一进行清理。

气室清理后回装，抽真空注入SF6气体，测量微水合格，进行5B进线零起升压试验。5B进线升压和开关间短引线充电试验合格，恢复5B主变及进线正常运行，GIS串内开关合环运行。

4 故障原因分析

4.1 设备历史状况分析

自投运以来开启气室进行过大修，最近一次检修时间为2018年4月8日，气室微水测量合格。5132开关合闸，5B主变复电。正常运行约1分47秒后，电站5B变压器保护A/B套主变差动保护动作，5132开关跳闸。主变压器空载合闸时，C相暂态过电压为相电压1.4倍，横向对比5B和其他主变，暂态过电压属于正常范围以内。

4.2 局放在线监测系统分析

从GIS安装的特高频局放在线监测系统历史数据可以观察到发生故障的盆式绝缘子在故障前没有异常信号的记录，GIS设备运行正常，说明此盆式绝缘子在发生故障前绝缘状况良好，没有明显的局部放电缺陷。

4.3 故障盆式绝缘子试验

将故障盆式绝缘子返厂进行试验分析。杜邦纸蘸取专业清洗剂清洗盆子，清洗打磨完后，疑似裂纹处呈现凹槽，盆子整体表面光滑、干净。随后对该盆式绝缘子进行尺寸测量、X射线探伤检查、工频耐压及局放试验。

（1）尺寸测量

用三坐标测量仪对该盆式绝缘子进行尺寸测量，测量结果与图纸尺寸对比，在误差允许的范围内，该盆式绝缘子尺寸合格。

（2）X射线探伤检查

表面清洁后的盆式绝缘子用X射线探伤检查，未发现盆式绝缘子存在低密度材料，探伤结果合格。

（3）工频耐压及局放试验

清洁干净的盆式绝缘子在740kV电压下工频耐压1min，耐压合格，电压将至381kV进行脉冲电流法局放检测，测量结果为1.2pC，满足

381kV时不大于3pC的要求。

（4）绝缘件出厂试验报告

查看对比绝缘件出厂试验报告数据，均合格。

根据以上内容和数据分析，本次500kV GIS盆式绝缘子短路故障原因，可以排除绝缘件本身制造缺陷，或者局部放电累积发展的缺陷，主要是因为GIS隔室内异物粉尘，导致绝缘短路故障。异物粉尘的绝缘故障具有一定的随机性，并且和粉尘位置，设备结构，运行状况有很大的关系。粉尘异物主要是由于设备安装时内部未清洁彻底，运行过程中振动、电场力及气流场的作用下会进行移动，这种移动有可能破坏设备的绝缘水平。

本次故障发生前，设备已正常运行近5年，且无局放信号报警。而此次故障发生在对主变压器进行空载合闸后，主变压器空载合闸造成GIS内部电场与运行工况变化，在运行过程中振动及电动力场及气流场的各种因素耦合作用下异物、粉尘飘移，附着在盆式绝缘子表面，形成爬电通道，最终诱发了绝缘故障。

5 总结与建议

GIS设备发生短路故障，须通过保护装置数据、绝缘测量、气体成分测量等多种手段综合分析，精确定位故障点所在气室，然后解体检修。准确定位故障点能够缩小检修范围，节省作业时间，降低作业带来的绝缘故障风险；设备检修完毕，在条件具备时，可进行升压试验和充电试验，以提升设备运行可靠性。

新建GIS设备建议将所有隔离开关单独设置为一个隔室，防止相邻气室放电物造成污染。隔离开关内部空间狭小，现场拆解困难，清扫污染物费时费力，难度较大，若清洁不彻底，设备投运后可能诱发新的短路事故。

GIS现场安装或者解体检修，应保证作业环境合格，提高作业人员责任意识，优化气室清理、封盖作业程序，严格把控清洁工艺和检查标准，从源头消除设备绝缘故障隐患。设备安装投运后，可借助GIS局部放电在线监测系统、超声波检测、气体成分测量等手段，积累数据进行分析，尽早发现绝缘故障隐患，避免局部放电发展为设备短路故障。

参考文献：

[1]何善庆.550 kV GIS盆式绝缘子闪络事故的分析[J]．高压电器，2003，39（3）：79-80.

[2]陈仓.GIS典型绝缘故障案例及原因分析[J].电瓷避雷器，2013，（6）：7-10.

[3]刘平.GIS设备盆式绝缘子击穿故障原因分析及处理探讨[J].水电站机电技术，2016，39（3）：58-60