gis設(shè)備絕緣類故障分析

gis設(shè)備絕緣類故障分析

0職業(yè)網(wǎng)絡(luò)組合及邊緣類故障氣體密封開關(guān)設(shè)備（gis）采用馮氏氣體絕緣性能，將輸送裝置（cb）、隔離開關(guān)（sd）、電流傳感器（ct）、電壓傳感器（vt）、避雷器（la）和其他設(shè)備的主線和支線組合。具有元件可以隨意組合,占地面積小,維護工作量小等特點,廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、110kV及以上變電站。GIS設(shè)備主體結(jié)構(gòu)采用同軸圓柱體間隙,電場分布屬于稍不均勻電場,運行可靠性高,故障率遠低于敞開式開關(guān)站設(shè)備的平均水平,與常規(guī)電氣設(shè)備方案相比,外露帶電體少,對地閃絡(luò)的幾率僅為常規(guī)電氣設(shè)備方案的30%~50%。絕緣類故障是GIS故障的主要原因之一,多數(shù)是由于盆式絕緣子、絕緣操作桿、支持絕緣子等固體絕緣介質(zhì)表面發(fā)生沿面放電,造成導(dǎo)體對地或相間短路。引發(fā)絕緣故障的主要原因包括,(1)設(shè)計上使用不合格絕緣材質(zhì)或運行中絕緣材質(zhì)劣化或損傷;(2)工廠內(nèi)部裝配或現(xiàn)場安裝過程中,環(huán)境清潔度控制差,造成盆式絕緣子或支撐絕緣子表面積塵或臟污,在高電場的長時間作用下,雜質(zhì)橋接引發(fā)沿面放電;(3)罐體內(nèi)部進入異物,造成局部電場不均勻,引發(fā)內(nèi)部放電。1典型絕緣誤差及分析1.1用硫氣體腐蝕電極導(dǎo)致開口螺紋短路1.1.1變壓器間隔及保護動作220kVGIS斷路器型號為ZF11-252,采用雙母帶母聯(lián)接線方式,共設(shè)計有八個間隔,分別為3個出線間隔、3個變壓器間隔、1個PT間隔和1個母聯(lián)開關(guān)間隔。運行中母差保護動作,啟備變及兩條輸出線路均跳閘。經(jīng)解體檢查開關(guān)母線側(cè)斷路器出口盆式絕緣子沿面閃絡(luò),電連接觸指彈簧燒斷,觸指散落,電連接屏蔽罩嚴重?zé)龘p,電流互感器筒體過熱損傷,筒體內(nèi)壁油漆脫落,I母隔離開關(guān)筒體內(nèi)壁油漆脫落,動靜觸頭燒損。圖1為電連接部位燒損情況。1.1.2事故4:橡膠板+丁理想銀—故障原因故障后,進行SF6氣體成分分析,低位CT氣室A、B、C三相檢出SO2、HF氣體,C相SO2、HF氣體含量達到1500μL/L、30μL/L;高位CT氣室A、B、C三相檢出SO2、HF氣體;A、B兩相水分達到356μL/L,C相SF6純度98.8%,水分達到2400μL/L,超過注意值8倍,各氣室SF6氣體壓力正常。分析確定事故是由電流互感器氣室內(nèi)使用的黑色硫化橡膠板(無油橡膠、丁晴橡膠)造成的。橡膠板內(nèi)析出含硫氣體,電接觸表面的鍍銀層可與很微量的硫離子或硫化氫氣體,發(fā)生化學(xué)反應(yīng):2Ag++S2--→Ag2S(黑色產(chǎn)物)產(chǎn)生灰黑色硫化銀,隨著反應(yīng)加劇,硫化銀增多增厚,銀表面顏色便逐步由白變黃變灰最后變黑。硫化銀在電場的作用下產(chǎn)生游離,在電場力的作用下從電連接縫隙處析出,吸附在盆式絕緣子上或氣室的筒體內(nèi)。盆式絕緣子上異物積累到一定程度,在斷路器執(zhí)行操作時,受沖擊和振動的激化,桶內(nèi)及盆式絕緣子上的附著物揚塵,造成電場的畸變,導(dǎo)致GIS內(nèi)部擊穿。圖2可以看到,CT氣室處導(dǎo)電桿觸頭鍍銀層發(fā)生反應(yīng),變色、發(fā)黑。1.2隔離開關(guān)絕緣材料的絕緣材料在現(xiàn)場絕緣材料的坍塌中不可避免地穿刺1.2.1供試系統(tǒng)及原理某電廠發(fā)變組出口205隔離開關(guān)故障,220kVGIS系統(tǒng)1B、2母線差動保護相繼動作,跳開兩母線上所有分支,220kV1B、2母線失壓,造成4臺機組停運。解體檢查,B相隔離開關(guān)動、靜觸頭燒毀,動觸頭絕緣拉桿碳化,見圖3。1.2.2局部放電造成接地短路故障后,測試氣室中SF6氣體水分含量,205-2隔離開關(guān)氣室微水達2314μL/L,嚴重超標。SF6氣體中的水分以液態(tài)存在于絕緣件表面(特別是表面存在易于導(dǎo)電的物質(zhì))時,降低絕緣件的電阻,當(dāng)GIS中發(fā)生局部放電和斷口開斷時,SF6氣體分解,而水分可促使其分解并與其分解物發(fā)生水解反應(yīng),產(chǎn)生具有強腐蝕性的HF和H2SO3等,分解物破壞絕緣拉桿并導(dǎo)致電場畸變,運行中發(fā)生沿面放電,導(dǎo)致沿面閃絡(luò)電壓降低,造成開關(guān)觸頭對地擊穿,導(dǎo)致1B母線接地短路跳閘,放電產(chǎn)生的氟化物、硫化物將隔離開關(guān)氣室污染后,造成動靜觸頭之間的斷口擊穿,導(dǎo)致2母線也發(fā)生接地短路。1.3帶絕緣器的絕緣器誤差1.3.1v回主保護動作500kVGIS斷路器型號ZF15-550,運行中5031、5032斷路器跳閘,重合閘動作不成功,500kVⅠ回主一保護“工頻變化量阻抗”、“距離Ⅰ段動作”、“縱聯(lián)變化量動作”、“縱聯(lián)零序方向”保護動作。解體檢查,5031斷路器A相下端檢查口端蓋內(nèi)堆積有大量電弧分解物,斷路器合閘電阻靜觸頭、盆式絕緣子、均壓罩及內(nèi)側(cè)殼體上附著有部分電弧分解物,合閘電阻氣室盆式絕緣子、均壓罩及內(nèi)側(cè)殼體均有不同程度的電弧灼傷痕跡。圖4為盆式絕緣子、均壓罩及內(nèi)側(cè)殼體電弧灼傷痕跡。1.3.2電弧附著于初始故障部位故障后測試A相隔離開關(guān)至斷路器斷口間的絕緣電阻為0.15MΩ。解體檢查發(fā)現(xiàn),合閘電阻動觸頭面向靜觸頭方向?qū)ΨQ分布連通孔,電弧噴射區(qū)域與靜觸頭、盆式絕緣子、均壓罩及內(nèi)側(cè)殼體的電弧附著物分布狀況一致,可以確定初始故障部位位于合閘電阻斷口動觸頭一側(cè),絕緣拉桿與內(nèi)側(cè)殼體之間,為沿面貫穿性接地。故障原因為絕緣拉桿存在質(zhì)量缺陷,沿面閃絡(luò)耐受電壓降低,同時不排除GIS內(nèi)部存在灰塵或?qū)щ婎w粒,使絕緣拉桿表面電場畸變,導(dǎo)致絕緣拉桿沿面放電。當(dāng)GIS處于處于熱備用狀態(tài)時,斷路器斷口斷開、合閘電阻斷開,絕緣拉桿通過導(dǎo)體與線路側(cè)隔離開關(guān)相連,兩次強送電沖擊時,線路電壓施加到絕緣拉桿的故障點,所以造成斷路器重合閘不成功。1.4絕緣體的絕緣體材料的失敗1.4.1c母差保護動作500kVGIS斷路器型號ELK-3,運行中500kV開關(guān)站Ⅱ母Ⅰ、Ⅱ套母差保護動作。解體檢查,500kVⅡ母隔離開關(guān)C相SF6氣室與CT氣室間盆式絕緣子發(fā)生放電閃絡(luò)故障,隔離開關(guān)內(nèi)部擊穿,造成設(shè)備損傷,盆式絕緣子以及均壓罩有明顯的燒傷裂紋、氣室外罩、隔離開關(guān)傳動桿等有明顯的損壞現(xiàn)象。圖5為盆式絕緣子放電情況。1.4.2固化條件影響故障原因是盆式絕緣子絕緣材料本身失效。盆式絕緣子為環(huán)氧澆注件,生產(chǎn)過程中,由于溫度、真空度以及固化時間等多種因素影響,內(nèi)部會產(chǎn)生氣孔或氣隙,由于安裝質(zhì)量原因?qū)е屡枋浇^緣子運行受力,產(chǎn)生應(yīng)力集中,使絕緣子隱形缺陷擴大,運行中發(fā)生局部放電,長時間局部放電導(dǎo)致絕緣材料缺陷進一步擴大,達到臨界條件時發(fā)生絕緣擊穿或電弧放電。盆式絕緣子沿面放電發(fā)生后,絕緣子局部溫度過高,造成表面裂紋。1.5由于絕緣體的泄漏，也有必要避免頻繁接觸1.5.1主變高壓側(cè)地質(zhì)情況500kVGIS斷路器型號為LW13A-550,母線第一氣室轉(zhuǎn)角處盆式絕緣子擊穿,發(fā)變組主變差動保護跳閘,發(fā)變組保護動作停機。解體檢查發(fā)現(xiàn)主變高壓側(cè)引出線充氣套管A相盆式絕緣子根部出現(xiàn)長約20cm的裂紋(如圖4所示),B、C相完好。被拉裂的盆式絕緣子側(cè)邊豎直段軟連接銅線都為異常緊繃狀態(tài)。1.5.2盆式絕緣子連接失效解體檢查發(fā)現(xiàn)另一主變高壓側(cè)引出線充氣套管B相盆式絕緣子根部也出現(xiàn)長約20cm的裂紋。故障間隔各相軟連接銅線都為緊繃狀態(tài)。由于氣體壓力作用,在四通殼體頂蓋處產(chǎn)生盲板力,使得主回路的軟連接會更加繃緊,橫向的通氣式盆式絕緣子中心崁件遭受到較大彎矩,變壓器運行時的電氣應(yīng)力產(chǎn)生機械振動,已經(jīng)被拉緊的軟連接不能起到緩沖作用,振動力傳遞至盆式絕緣子處連接的橫向?qū)w,疊加形成更大的彎矩作用到絕緣子中心崁件上,由于盆式絕緣子內(nèi)部微小氣孔、氣隙、裂紋等,在運行受力不均時出現(xiàn)應(yīng)力集中,導(dǎo)致盆式絕緣子拉裂,裂紋部位長時間局部放電,最終導(dǎo)致?lián)舸┒搪饭收稀?預(yù)防措施2.1部分設(shè)備生產(chǎn)時是受精制絕緣材質(zhì)不合格、絕緣部件制造質(zhì)量不良以及安裝工藝把控不嚴是造成GIS設(shè)備絕緣故障的主要原因。事故案例表明,部分設(shè)備出廠時就帶有先天性的缺陷。加強設(shè)備制造環(huán)節(jié)質(zhì)量監(jiān)造,從源頭把關(guān),對提高GIS設(shè)備運行可靠性至關(guān)重要。駐場監(jiān)造過程中,以文件見證的形式,檢查重要部件材質(zhì)證明文件、出廠合格證和入廠檢驗記錄,對重要安裝過程應(yīng)進行現(xiàn)場見證,嚴把出廠試驗關(guān),重點監(jiān)督總裝后的交流耐壓試驗和局部放電測量試驗。2.2gis設(shè)備安裝過程監(jiān)督安裝質(zhì)量不良曾導(dǎo)致多起GIS設(shè)備內(nèi)部故障,例如北京草橋變、湖北光谷變GIS事故等。加強安裝過程監(jiān)督,提高安裝質(zhì)量可以有效降低GIS設(shè)備投運后的事故風(fēng)險。首先應(yīng)選擇管理水平高、安裝工藝優(yōu)良、安裝業(yè)績好的施工隊伍承擔(dān)安裝任務(wù),其次監(jiān)理方應(yīng)做好安裝方案的審核,重點監(jiān)督安裝程序和安裝工藝的符合性,同時應(yīng)對安裝天氣記錄、施工記錄、各工序完成后的簽字驗收記錄等進行詳細檢查。2.3嚴格按照標準生產(chǎn)設(shè)備投運前各項試驗交接驗收和交接試驗是設(shè)備投運前的最后質(zhì)量把關(guān)環(huán)節(jié),應(yīng)高度重視,嚴格按照GB50150《電氣設(shè)備交接試驗標準》的具體要求,進行投運前各項現(xiàn)場試驗,保證設(shè)備的初始健康水平。2.4做好備運行維護導(dǎo)則和操作規(guī)程高水平的運行維護是GIS設(shè)備安全可靠的重要保證。根據(jù)電力行業(yè)、國電電網(wǎng)公司制定的GIS設(shè)備運行維護導(dǎo)則和廠家技術(shù)文件中的具體要求,制定詳細的廠、站GIS設(shè)備運行規(guī)程和操作規(guī)程,指導(dǎo)設(shè)備定期巡視和日常維護,并確保正確的控制和操作。按照預(yù)防性試驗規(guī)程的要求,開展設(shè)備預(yù)防性試驗,通過試驗結(jié)果的比對、分析,合理評判設(shè)備狀態(tài),提早發(fā)現(xiàn)缺陷并進行消缺。2.5當(dāng)前中央層面因純度、水分含量而公民項目新氣體到場應(yīng)按要求檢驗,