GIS绝缘子故障分析及处理_曹森.pdf

第26卷 第1期2023年2月Vol.26 No.1Feb.2023山东电力高等专科学校学报Journal of Shandong Electric Power College0引言气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）常见缺陷和故障大多是工程设计阶段、设备制造阶段和安装调试阶段的质量管理与控制不严造成的，例如GIS在产品设计、工厂装配、现场安装及交接验收等环节质量控制不严1-2，导致存在隐患的设备投入运行，这些隐患可能导致严重事故的发生，造成不良影响。GIS绝缘子内部存在气隙或杂质会导致电场分布不均匀，运行过程中，气隙或杂质处可能发生局部放电，诱发形成树枝状放电通道3-4，导致设备带电部分短路，从而引发故障。本文对某 GIS故障案例进行分析，对设备进行解体检查和仿真模拟分析，确定设备故障的原因，为避免类似故障再次发生，提出了相应的建议和处理措施。1故障概述某变电站220 kV双套母差保护动作，一次故障电流为1.79 kA，A相差动保护二次差流为21 A，连接在东母线运行的1号主变压器、220 kV线路及母联断路器跳闸。经现场巡查和故障分析，结合故障录波信息、GIS壳体表面烧蚀痕迹等，初步判断故障位于某东母线隔离开关气室。经SF6气体分解物检测发现，该气室SO2含量为125.8 L/L，H2S含量为25 L/L，CO含量为80 L/L，远超标准值，HF含量为0 L/L，微水含量为356.5 L/L，其他间隔设备检测结果正常，该气室位于电流互感器母线侧，在母差保护范围内，确GIS绝缘子故障分析及处理曹森1，张赛鹏2，赵春明1，陈捷元1，赵天成1，司昌健1，黄涛1（1.国网吉林省电力有限公司延边供电公司，吉林延吉130000；2.国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，吉林长春130021）摘要：针对某220 kV变电站气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）绝缘子故障，对故障相和非故障相进行解体检查，利用局部放电仿真软件进行仿真分析，确定了故障原因，提出了加强设备带电检测、对有缺陷的设备进行重点监测等措施，以避免同类故障的发生，提高GIS运行的可靠性。关键词：气体绝缘金属封闭开关设备；绝缘子；击穿放电；故障分析中图分类号：TM835文献标志码：B文章编号：2096-9104（2023）01-0032-03Analysis and Treatment of GIS Insulator FaultCAO Sen1，ZHANG Saipeng2，ZHAO Chunming1，CHEN Jieyuan1，ZHAO Tiancheng1，SI Changjian1，HUANG Tao1（1.Yanbian power supply company of State Grid Jilin Electric Power Co.，Ltd.，Yanji，130000，China；2.Electric Power Research Institute of State Grid Jilin Electric Power Co.，Ltd.，Changchun 130021，China）Abstract：In allusion to a insulator fault of gas insulated metal-enclosed switchgear（GIS）in a 220 kV substation，the dismantlement inspection of fault phase and nonfault phase is carried out，the simulation analysis by using partial discharge simulation software is conducted，the cause of the fault is determined，the measures such as strengthening the live detection of equipment and focusing on the monitoring of defective equipment are put forward，so as to avoid the occurrence of similar faults and improve the operation reliability of GIS.Keywords：gas insulated metalenclosed switchgear；insulator；breakdown discharge；fault analysis收稿日期：2022-10-16作者简介：曹森（1978），男，高级工程师，主要研究方向为电力设备带电检测与故障诊断。32定该气室存在故障。2解体检查分析2.1故障相解体检查分析现场检查GIS所有SF6气体压力表数值正常，发现220 kV某东母线隔离开关气室A相套管底部侧封板螺栓处有两处疑似烧蚀痕迹，如图1所示，防爆孔出口附近壳体表面有脏污痕迹，疑为击穿瞬间黑色粉末状物质自防爆孔喷出后附着的残留颗粒物。图1螺栓烧蚀痕迹打开套管底部法兰发现支持绝缘子断裂，内部残留大量绝缘子击穿放电后的碎片及粉末颗粒，壳体和金属导体表面均被黑色粉尘覆盖，固定支持绝缘子的侧封板内表面下部呈黑色，有明显闪络痕迹。侧封板螺栓有两处明显烧蚀痕迹，密封圈和金属壳体均被电弧烧蚀，打开侧封板后发现支持绝缘子断裂，如图2所示。检查防爆孔内部金属隔板未见异常，防爆孔出口附近壳体表面脏污可能是由于粉末状物质从法兰螺栓烧蚀处喷出后附着在壳体。图2支持绝缘子断裂对解体之后的支持绝缘子进行X射线扫描，X射线扫描照片如图3所示，内部有多处明显荧光点（图中的椭圆处），说明该绝缘子存在气隙或杂质5-7。疑为该支持绝缘子内部存在气隙或杂质等缺陷，运行过程中缺陷处电场分布集中并发生局部放电。随着运行年限的增加，内部局部放电量逐渐增大，诱发形成树枝状放电通道，随着介质的发热，介质损耗增大，电树枝发展加速8-9。当电树枝发展到一定程度，剩余的绝缘距离不足，绝缘强度下降，绝缘子内部发生贯穿性击穿，产生的电弧放电将支持绝缘子炸裂，并烧蚀碳化。图3支持绝缘子X射线扫描照片2.2非故障相解体检查分析发生故障的东母线隔离开关气室为三相连通气室，为进一步排查B相、C相相同位置是否存在异常，现场将B相、C相东母线套管拆解，检查底部支持绝缘子，内部未见粉尘颗粒和放电痕迹，支持绝缘子完好，未发现异常，擦拭壳体内表面和导体之后重新安装套管。2.3仿真分析利用局部放电仿真软件，模拟支持绝缘子内部因加工工艺问题出现气隙（直径为1 mm的气泡）时的电场分布，支持绝缘子周围电场强度分布云图如图4所示。当支持绝缘子内部有直径为1 mm的气泡时，气室内部的电势分布较正常情况下变化不大，但电场强度分布与正常情况下相比变化非常明显，气泡位置处的电场发生了明显的畸变，气泡附近的电场强度达到19.06 kV/cm，高于正常情况下气室内部的最大电场强度17.4 kV/cm。若将气泡换为金属杂质，电场强度达到21.79 kV/cm，畸变更加严重。由于空气和金属的介电常数远小于环氧树脂的介电常数，当支持绝缘子内部有气隙或金属杂质时，会严重影响气室内部的电场强度分布，使气泡或金曹森，等：GIS绝缘子故障分析及处理33山东电力高等专科学校学报第26卷 第1期Vol.26 No.1属杂质附近的电场发生明显畸变10，其中金属杂质对电场分布的影响更大。当支持绝缘子内部存在多个气泡或金属杂质且距离带电导体较近时，电场畸变更为严重，支持绝缘子内部更容易发生局部放电，随着介质的发热，介质损耗增大，电树枝发展加速，进一步加剧绝缘劣化，最终导致绝缘子内部发生贯穿性击穿。图4绝缘子内部存在气隙时电场强度分布3处理措施及建议1）加强该变电站和省内同型号 GIS 的局部放电、SF6气体组分、红外热像等带电检测工作，缩短检测周期，重点对带有支持绝缘子的间隔进行检测，对图像、数据进行认定分析，及早发现设备安全隐患，避免同类事故的再次发生。2）由于支持绝缘子击穿放电，建议随机抽取站内在运支持绝缘子进行X射线探伤检测，如果发现内部存在气隙、杂质或绝缘材料分布不均等缺陷，对全省同厂家同批次支持绝缘子再次进行检测，如发现问题及时更换。3）加强对GIS元件尤其是支持绝缘子的质量监督，生产厂家应有详细、严格的制造工艺、质量标准和检验手段，并认真执行；对入网使用的支持绝缘子应随机抽检，特别是进行 X 射线探伤检测，严格把控质量。4结语GIS绝缘子内部存在气隙或杂质会产生一定危害。在高电压作用下，气隙或杂质处会发生局部放电，随着运行年限的增加，绝缘子会形成树枝状放电通道，内部发生贯穿性击穿，并在运行电流的作用下迅速转变为电弧放电。因此，要加强设备带电检测，对有缺陷的设备进行重点监测，并对同批次产品进行X射线探伤检测。参考文献1唐炬，杨东，曾福平，等.基于分解组分分析的SF6设备绝缘故障诊断方法与技术的研究现状 J.电工技术学报，2016，31（20）：41-542崔景春.气体绝缘金属封闭开关设备 M.北京：中国电力出版社，2016.3孙茁，薛源，郭宏伟.126 kV GIS设备典型故障分析与处理 J.高压电器，2010，46（11）：95-98，102.4缪金，王艳华.GIS组合电器典型故障分类和全周期维护策略研究 J.陕西电力，2017，45（2）：78-81.5潘臻，温定筠，彭鹏，等.SF6气体分解产物检测技术在开关类设备状态诊断中的应用 J.高压电器，2016，52（7）：196-201.6潘超.电力组合电器设备故障诊断技术的研究 D.大连：大连理工大学，2015.7宋辉，代杰杰，李喆，等.运行条件下GIS局部放电严重程度评估方法 J.中国电机工程学报，2019，39（4）：1231-1241.8张施令.高压 SF6气体绝缘组合电器放电故障模式智能识别J.高电压技术，2020（2）：432-440.9何思阳，张堂松，周澜，等.特征分类算法下的GIS故障诊断策略 J.自动化与仪器仪表，2019（2）：197-200.10 唐松平，周舟，彭刚，等.基于自适应神经模糊的GIS缺陷模式识别方法 J.计算机与数字工程，2019，47（9）：2321-2326.34