1 000 kV断路器局部放电引起跳闸的故障分析及处理

陈少功，张雨卿，刘朝辉，宋彦军，李 强

(国网河北省电力公司检修分公司，石家庄 050070)

2017-04-08

陈少功(1984-)，男，工程师，主要从事变电运维工作。

1 000 kV断路器局部放电引起跳闸的故障分析及处理

陈少功，张雨卿，刘朝辉，宋彦军，李 强

(国网河北省电力公司检修分公司，石家庄 050070)

介绍一起1 000 kV断路器调试过程中因局部放电引起跳闸的故障，分析故障产生的过程，经设备解体检查为合闸电阻气室局部放电所致，对放电原因进行查找发现为机械操作前给电阻气室充氮气的钢瓶内有较多金属异物，金属异物进入合闸电阻气室导致放电，进而提出了建议及预防措施。

1 000 kV断路器；局部放电；合闸电阻；金属异物

GIS设备具有占用空间少，基本不受外界环境影响，不产生噪音和无线电干扰，运行安全可靠和维护工作量少等优点，因而在电力系统中得到广泛应用[1]。在特高压电网中，普遍采用GIS设备，其中断路器是非常重要也是制造难度最大的设备之一[2]。运行经验表明，在GIS各类故障中绝缘故障占比较大，且GIS电气故障通常的故障特征是在绝缘完全击穿前发生局部放电[3]。因此，特高压断路器的安全稳定运行成为电网安全稳定运行的重要因素[4-5]。以下就一起1 000 kV断路器局部放电故障进行分析。

1 故障情况及原因查找

设备故障前运行方式如图1所示，1 000 kV 1号、2号母线带电，1 000 kV主变压器及X043断路器带电，1 000 kV线路及X041、X042断路器不带电。调试前1 000 kV断路器已通过耐压和局部放电试验，且已进行3次充电试验。调试过程中，在合上X0422隔离开关后，经过1分04秒监控机报故障跳闸，并发主变压器三侧开关跳闸信号，检查监控机遥信量发现主变压器三侧开关在分位，现场检查主变压器风扇停止运行，高压、中压和低压侧开关现场机械指示在分位。

图1 故障前带电区域及开关动作状态

对保护动作报告进行分析发现，1 000 kV线路2套保护均动作跳闸，线路保护1纵联差动保护动作、距离加速动作，跳开UVW相，最大差流为1.88 A，故障相别W相。线路保护2分相差动动作、距离加速动作，跳开UVW相，最大差流为1.87 A，故障相别W相。主变压器2套保护动作跳闸，主变压器保护1(纵差保护)动作，故障相别VW相，主变压器保护2(比例差动保护)动作，故障相别W相。

从保护动作情况可以看出，主变压器保护1动作报告显示故障相别为V、W两相，其他保护故障相别都为W相，因此主变压器保护1动作情况对故障分析构成干扰。经过分析发现，主变压器采用Y0/Y/△-11型接线组别，变压器各侧电流互感器采用星形接线，二次接线直接接入保护装置，电流互感器各侧的极性都以母线侧为极性端。由于Y侧和△侧的线电流的相位不同，计算纵差差流时，变压器各侧TA二次电流相位由软件调整，SGT756装置采用由Y转化成△来计算纵差差流。

对于Y侧：

(1)

(2)

(3)

对于△侧：

Idui=Iui×ki

(4)

Idvi=Ivi×ki

(5)

Idwi=Iwi×ki

(6)

式中：Iui，Ivi，Iwi为测量到的各侧电流的二次矢量值；Idui，Idvi，Idwi为经折算和转角后的各侧线电流矢量值；ki为变压器高、中、低压侧的平衡系数 (kh,km,kl)。

PCS-978GC-U装置采用由△转化成Y来计算纵差差流

对于Y侧：

(7)

(8)

(9)

对于△侧：

(10)

(11)

(12)

通过上式可以看出，对于SGT756保护装置，当高中压侧故障时会有两相跳闸继电器动作，对于PCS-978GC-U保护装置，当高中压侧故障时只有故障相的跳闸继电器动作，也就说明了主变压器保护1打印报告中故障相别为V、W的问题，因此可断定故障相别为W相。

中断调试工作后对X042开关进行解体检查，发现电阻开关与灭弧室连接的隔断盆式绝缘子如图2所示，从触头屏蔽罩到电阻开关壳体法兰有放电痕迹，触头屏蔽罩根部，在盆子嵌件附近烧蚀直径约2 cm的孔洞，盆子表面约1/5面积有烧蚀痕迹，壳体法兰与盆子连接的圆角处有放电烧蚀点，1 000 kV断路器结构示意见图3。

图2 合闸电阻开关气室放电情况

图3 1 000 kV断路器结构

2 原因分析

2.1 结构设计排查

通过对断路器设计的相关资料进行排查，电阻开关内仿真结果显示，其设计结构合理，电场强度符合要求。

2.2 绝缘型式试验和出厂试验排查

a. 对断路器的型式试验报告进行核对，电性能满足设计要求。雷电冲击，2 400 kV，±15 次；操作冲击，1 800 kV，± 15次；工频耐压，1 100 kV/1 min(合闸对地)，1 100( +635 ) kV/1 min(断口间)。

b. 对断路器的出厂试验报告进行核对，电性能满足出厂要求。雷电冲击，2 400 kV，±3 次；工频耐压，1 100 kV/5 min(合闸对地、断口间)。对断路器的所涉及关键零部件的原材料、生产、试验等记录进行了检查，未见异常；对现场安装、清理、充气等作业记录进行检查，未见异常；对充气管路进行排查，管路内部未见异常；对现场所用酒精进行了排查，未见异常。

2.3 现场使用氮气排查

断路器安装过程中，电阻气室所用到的气体包括SF6和氮气；对从现场返回的SF6气瓶，用内窥镜对气瓶内部进行了检查，未见异常；对从氮气供应商购买的氮气，用内窥镜对气瓶内部进行了检查，发现气瓶内有异物。

3 实验结果分析

对氮气瓶内收集的异物进行能谱分析，分析结果如表1所示，结果显示金属异物主要成分为C、O、Al、Si、S、Cl、K、Ca、Ti、Fe。对X042开关放电盆子凸面上采集异物进行能谱分析，分析结果如表2，结果显示金属异物主要成分为C、O、F、Al、S。为了结果的准确性，进一步从放电盆子上部屏蔽罩内采集部分异物，进行能谱分析，分析结果如表3所示，结果显示金属异物主要成分为C、O、F、Al、Si、S。

表1 氮气瓶异物能谱分析表

谱图COAlSiSClKCaTiFe总谱图1-62.34-2.372.54-1.723.985.9321.13100谱图2-53.705.4916.432.501.841.9114.70-3.43100谱图3-62.06-4.09-2.70--10.9220.23100谱图411.746.7171.456.68-0.77-1.78-0.87100谱图546.0938.47-0.84---3.629.891.08100谱图645.5637.067.122.080.996.98-0.22--100谱图766.3419.1513.980.53------100最大66.3462.3471.4516.432.546.981.9114.7010.9221.13-最小11.746.715.490.530.990.771.720.225.930.87-

表2 X042开关放电盆子凸面异物能谱分析

谱图COFAlS总谱图177.5911.866.424.12-100谱图269.4613.5410.396.61-100谱图384.22-10.924.300.55100谱图475.14-16.608.25-100最大84.2213.5416.608.250.55-最小69.4611.866.424.120.55-

表3 X042放电盆子上部屏蔽罩内异物能谱分析

谱图COFAlSiS总谱图177.5911.866.424.120.57-100谱图269.4613.5410.396.6117.03-100谱图384.22-10.924.305.050.55100谱图475.14-16.608.254.68-100最大84.2213.5416.608.2517.030.55-最小69.4611.866.424.120.570.55-

从能谱分析结果可以看出，放电盆子表面和屏蔽罩内的金属异物与氮气瓶内的金属异物相似度高，初步断定放电原因为氮气瓶内的金属异物所致。

为了谨慎起见，对放电盆子进行X射线探伤试验，未见异常。

对放电盆子表面清理后，重新进行工频耐压试验和局放试验，试验结果：635 kV/20 min→1 100 kV/5 min→762 kV/20 min,局放值1.0 pC，实验结果合格。

综上可见，放电盆子本身绝缘性能正常，所以判断放电原因为氮气瓶内的金属异物进入气室内，落在水平布置的绝缘盆子上引起沿面放电。

4 结论及建议

通过一起断路器放电导致跳闸的故障，分析了故障的原因，并对设备进行开罐检查试验，初步找出了引起故障的因素，为今后的运维过程中提前做好事故预案，防止倒闸操作过程中发生放电事故积累了宝贵经验。经过上述检查及试验结果分析，可以得出以下结论及建议：

a. 初步判断开关是盆子沿面放电，放电由异物引起，异物来源有从充氮气过程中带入的可能性。

b. 建议变更断路器安装试验方法，对合闸电阻气室不再单独使用氮气气体，上下气室均使用SF6气体。

c. 建议变更断路器的合闸电阻气室结构设计，消除绝缘盆子水平布置存在的隐患。

[1] 罗学琛．SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS)[M]．北京：中国电力出版社,1999.

[2] 刘振亚．特高压电网[M]．北京：中国经济出版社,2005.

[3] 韦 鹏,许 涛,黄瑶玲. 基于UHF方法的GIS局放在线监测系统在1 000 kV GIS上的应用[J].华中电力,2010,23(1):1-4.

[4] 马助兴,孟延辉,胡银素,等. 一起500 kV断路器非全相跳闸故障分析及处理[J].河北电力技术,2014,33(1):35-37.

[5] 杨所云. 500 kV断路器放电闪络故障分析[J].云南电力技术,2010,39(6):50-51.

Analysis and Dispose of 1 000 kV Circuit Breaker Trippingby Partial Discharge

Chen Shaogong,Zhang Yuqing,Liu Zhaohui,Song Yanjun,Li Qiang

(State Grid Hebei Electric Power Company Maintenance Branch,Shijiazhuang 050070,China)

This paper introduces a piece of 1 000 kV circuit breaker tripping by partial discharge during debugging,elaborates the process of fault analysis,strip inspection of equipment discovers that partial discharge of closing resistor gas cell results in the tripping,finds reason to discharge for mechanical operation to the resistance of gas cell filling nitrogen cylinders before there are more metal foreign body,metal foreign body into the closing resistor gas cell leads to discharge,and then this paper puts forward the proposal and preventive measures.

1 000 kV circuit breaker;partial discharge;closing resistor;metal foreign body

TM561

B

1001-9898(2017)05-0028-04

本文责任编辑：齐胜涛