500kV断路器内部放电故障分析

张建禄 王志亮 张晓东 修翔耀 孙炜

摘 要：本文详细分析了两个典型的断路器跳闸，将故障断路器进行解体检查，发现出现问题的原因，总结出常见的断路器放电故障是由隐藏不容易简单去除的杂质在运行中掉落而导致，并提出了一些建议措施。

关键词：罐式断路器；内部击穿；故障原因；故障分析；措施

中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）08-0158-01

1 前言

随着超高压电网的迅速发展，500kV断路器的使用量大大增加，其运行情况比220kV电网复杂得多。传动机构的故障和灭弧室故障是高压断路器的典型故障。它们具有高隐蔽性、故障易于恶化和扩展、检测能力低等特点。分析500kV断路器内部放电故障现象，改善检测手段，总结了反事故措施对长期安全稳定运行的断路器具有十分重要的意义。

2 故障分析

2.1 故障点初步判断

线路检修预试结束，断路器转基建，其他断路器正在进行张廉线的基建扩建工作，其它设备为正常运行方式。线路检修预试结束恢复送电过程中，现场运行人员在进行合闸和隔离开关时，发生异常声响，主控室绿灯闪烁并同时事故告警音响，保护室检查500kV母差保护RADSS动作，多个断路器保护动作。故障发之后生，维修人员对现场进行调查，检查显示5043-2隔离开关支撑绝缘子，绝缘子操作没有明显损坏，隔离开关到5043断路器主支撑绝缘子，没有异常，5043路断路器外壳和机构，没有异常。由于5043路断路器母线侧的两套线路保护电流动作，因此故障点应该在断路器的总线侧TA侧，使线路保护能感觉到故障电流，装置跳闸做出保护动作。5043断路器保护电流来自TA圈，因为5043断路器没有保护动作，差动母线保护装置只有5013，5023，5033，5053，5063断路器电流值，所以判断5043的断路器线路侧没有感觉到故障电流。500kV总线差动保护电流来自5043路断路器的线路，因为5043线路没有感觉到故障电流，所以判断在5043断路器内部母线侧部分应该是故障点[1]。

2.2 解体检查

现场打开5043断路器侧盖后，发现5043断路器A相静止接触头屏蔽有明显地放电到断路器罐体，放电使罐底产生少量金属颗粒和白色分解物。在断路器灭弧室被吊出罐体后，详细检查了电弧室和罐体。断路器的内部被发现有未知的颗粒和其他金属异物。

2.3 现场情况检查

线路检修预试结束恢复送电过程中，现场运行人员在进行合闸和隔离开关时，发生异常声响，主控室绿灯闪烁并同时事故告警音响，保护室检查500kV母差保护RADSS动作，多个断路器保护动作。故障发生后，维修人员立即对现场进行调查：检查断路器5023-2支持绝缘子、绝缘体、无异物及放电痕迹，刀闸开关至5023开关保险丝支持绝缘子和导线没有异常；检查5023机构和开关套管，没有异常。直流电阻、绝缘电阻测量和SF6气体微波测试的测试结果是正常的。根据上述检测结果，与继电保护动作信息相结合，故障的初始判断是开关内出现闪络。打开开关侧盖后，发现静态触点开关母线侧挡板有明显的放电痕迹，断路器开关内部没有异物，在罐底有少量金属颗粒和白色粉末的产生；金属颗粒应被认为是由屏蔽环放电损坏产生的[2]。

3 原因分析

线路检修预试结束恢复送电过程中，现场运行人员在进行合闸和隔离开关时，发生异常声响，主控室绿灯闪烁并同时事故告警音响，保护室检查500kV母差保护RADSS动作，多个断路器保护动作。事故发生后，基于故障相断路器灭弧室可进行检测，发现断路器接触B相平衡阀具有明显的放电烧损痕迹，同时在平衡覆盖罐底壁上有烧伤痕迹和金属颗粒。造成放电故障的原因是断路器罐体内存在异物，它们都是灭弧室屏蔽罩对罐体或接触器放电，故障发生在送电过程中[3]。分析故障原因如下：

（1）在断路器罐体内有异物的存在容易引起闪络故障分析：因为SF6断路器的内部绝缘采用微不均匀的电场结构，当存在金属颗粒时，会改变产品结构内部原有的电场。根据LW13-550型断路器内部金属粒子模拟计算电场强度（模拟粒子5毫米x1毫米）显示，在1675千伏电压下进行测试，没有金属粒子的最大电场强度是25.5kVmm，但金属颗粒表面电场强度是29kVmm，表明断路器内部有金属颗粒存在会大大减少内部绝缘强度，容易导致放电故障。（2）试验分析：SF6断路器是绝缘能力受内部导电微粒的影响，各种教材和材料都有提到，而对LW13-550型断路器会有多大的影响，需要进行测试。通过实验结果对比分析，证明了断路器内部有金属颗粒的存在将大大降低断路器灭弧内部绝缘强度，从而增加放电的可能性。（3）产生金属异物的原因分析：基于对9台的断路器灭弧室专项检查分析，发现金属异物主要来自：断路器在安装过程中控制不严，使异物被带入断路器体内。如在罐子里发现了一只死苍蝇；由于断路器制造过程控制不严格，导致产生毛刺或接触面不干净，尺寸位置偏移。在清洁过程中，主要表现为：1）在电弧室的装配过程中，铸件的零件和表面的材料没有清洗而留下残留物。金属异物在封面和螺纹孔的内部被发现。2）在灭弧室的装配过程中，由于零件的制造误差，导致安装两件接触件的静态接触头时，产品因静电接触而产生不良反应，过度磨损引起的接触产生异常状态。

4 改进措施

4.1 对该型断路器结构缺陷进行改进

初步对该型断路器罐体进行了改进，在罐体底部静侧屏蔽罩下方增加了粒子捕捉器。再次对断路器进行改进，加大了罐体直径，由原来的900mm增加至1000mm，同时对灭弧室进行了改造，将静侧屏蔽罩由两片对接改为一体式，静触头改为整体式，经过改进，断路器罐体内的金属微粒等异物在运动至静侧屏蔽罩附近时就会落入粒子捕捉器中，由于粒子捕捉裝置的屏蔽作用，使金属粒子因失去电场的作用静止在捕捉装置中；另外增大了断路器罐体直径后，1675kV试验电压下罐体内部最大电场强度由25.5kV/mm降低至22kV/mm，从而大大提高了绝缘裕度，降低了放电几率。同时改进灭弧室后电场分布更加均匀，静触头改为整体式后改进了触头对中效果，有效降低了由于触头分合闸时碰撞产生金属微粒的机会[4]。

4.2 加强厂内组装时的工艺控制

一般工厂组装需要严格控制环境，如在特殊的车间进行灭弧室装配，这非常有利于控制杂质，压力测试也应该能够证明在出工厂前后的很短的时间内，断路器内部表面是干净的。但并不能保证在运行的一段时间内杂质将会不会继续脱落，因为在现场安装后，但还有数十甚至上百次的传输调试操作，在杂质是否继续脱落应该有影响。所以工厂工艺控制应注意其他组件可能隐藏短时间内不容易脱落的杂质，如附着在复杂结构之间的不容易去除的杂质，这些应该作为具体的研究对象进行控制，实施必要和有效的控制措施。

4.3 安装现场的清洁度控制

应该认识到，现场安装的清洁度控制十分必要，否则将降低甚至失去工厂内组装时的清洁度控制的意义。现场除了湿度和大风天气粉尘控制，还应注意防止蚊蝇等小动物进入罐体，尤其夏季经常有成群的苍蝇围在罐体开口处，由于罐内结构复杂，一旦这些小动物飞入罐体内是很难清理的，所以应研究现场安装时的清洁度保持措施和工艺制度，如搭建帐篷或建立安装小室，并建立进出入的管理制度和其它管理措施。

5 结语

在设备运输中，对SF6分解检测进行综合运用，利用先进的电气检测手段，如局部放电检测，要十分关注对家族性缺陷的诊断和故障波记录信息的分析，这是及时发现这些潜在故障的重要途径。

参考文献

[1]薛笔贵，夏彤，石震宇，等.一起发电机组断口闪络事故的原因分析[J].电力系统保护与控制，2010，（1）：107-111.

[2]李立，梁群炬，郑玉枝，等.发电机—变压器组500kV断路器断口闪络故障分析[J].中国电力，2010，（2）：31-33.

[3]程仲焕，屠水耀，杨黎明.断口闪络保护的设计与工程应用[J].继电器，2008，（7）：99-103.

[4]吕鹏举，孙洪明.高压断路器断口均压电容器介质损失角增大原因分析及解决措施[J].高压电器，2009，（2）：97-98.