500 kV变电站开关故障探析与防治措施

胡永鑫

摘  要：详细分析了变电站开关故障的原因，及时采取有效的措施对故障进行治理，能保证变电站的正常运行，这对变电站的发展有着重要的意义。以某500 kV变电站开关运行故障分析处理为例，对出现的套管爆裂情况展开了分析，判定开关故障问题是由套管瓷套的质量问题和法兰处防水胶老化引起的，并提出了相应的防治措施。

关键词：负荷电流;继电保护;变电站;法兰

中图分类号：TM711               文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.080

随着我国经济的不断增长，人们的生产和生活对电能的要求越来越高。虽然变电站在各地得到了良好的发展，但在变电站的运行中，一些故障会对变电站的稳定性和安全性造成影响，比如开关故障问题。因此，如何分析此类问题并采取合理、有效的措施十分重要。下面结合实例对此问题进行讨论、分析。

1  事故概况

2010年初，某500 kV变电站5023开关C相母线侧套管爆裂，造成母线接地短路、保护动作跳闸切断故障。经现场检查确认，发现5023开关C相母线侧套管爆裂。

2  同型号瓷套试验结果

事故发生后，组织相关单位对故障瓷套同批次12只瓷套进行了相关性能强度的试验，同时，对其中的3只瓷套和现场的5只瓷套进行了超声探伤检测，检测结果如图1所示。

图1  瓷套超声波检测结果

2.1  超声波探伤检测结果

通过对5023开关C相线路侧、5052开关A相两侧和B相两侧、5021开关C相两侧和B相一侧共8只瓷套进行了超声波检测，发现瓷套内壁有裂纹缺陷的1只，瓷套内部和近内壁有缺陷的5只，瓷套内部有点状缺陷的1只，未发现缺陷的1只。瓷套缺陷率达87.5%，且75%的瓷套缺陷发现于瓷套内部和近内壁。由此可见，瓷质本身存在缺陷。

2.2  性能强度试验结果

检查12只瓷套后发现，其均存在防水胶剥离的状况，同时，发现釉下有烧缺凹坑的3只，釉面有针孔和波纹的4只，釉面有裂纹的1只，部分缺陷已超过GB/T 772对内表面缺陷规定的最大值，属不合格产品。

对6只瓷套进行了水压试验，3只起始爆裂处位于瓷与下法兰交界处，1只位于瓷套上法兰与瓷交界处。经检查发现，法兰与瓷黏结不良。该试验仅有4只瓷套通过，合格率为66.67%，水压试验缺陷的具体情况如图2所示。

对6只瓷套进行了弯曲试验，6只瓷套均通过了试验，破坏值最低为45.6 kN。其中，底部法兰处破裂的有5只，占83.3%.此外，有1只在距上法兰盘0.6 m处有横向断裂。部分弯曲试验结果如图3所示。

对12只瓷套进行了孔隙性试验，每只瓷套取3个样，分别取自瓷套上法兰处、下法兰处和瓷套中间黏接处。将取样置于质量分数为3%的品红酒精溶液中，加压30 MPa，静置6 h后砸开试样察看渗透性。12只瓷套均未发现明显的渗透点。通过上述一系列试验表明，本批产品胶合剂的配比、胶装工艺控制存在较大问题——随着时间的推移，胶合剂收缩过大，易造成界面分离、结合不牢、自身崩块，导致实际胶装比偏离设计要求，在正常运行过程中的瓷件也可能出现裂纹。同时，反映出本批产品在制造过程中的原料精细化处理不足。

图2  水压试验结果

图3  弯曲试验结果

3  故障原因分析和存在的问题

根据对故障瓷套的检查分析发现，故障瓷套胶装区域存在黏合不良等缺陷。在长期运行中，因应力集中，瓷套下部内壁产生裂纹，在交变温度等应力作用下，裂纹逐步扩展，瓷套剩余壁厚无法承受压力，最终导致瓷套爆裂。在瓷套的爆裂过程中，导电杆随顶部法兰向外飞出、导电杆离开触头座后、负荷电流产生电弧、产生的金属蒸汽造成绝缘下降、导电杆对CT筒内壁发生对地放电、继电保护动作。

在导电杆向外飞出的过程中，对内屏蔽筒边沿和内侧放电;导电杆紧贴内屏蔽筒内壁继续向外运动，导致内屏蔽筒带高电位，造成其外壁和外屏蔽筒内壁连续放电，留下蛇形烧蚀痕迹，直至各个开关开断后结束，电弧熄灭。

开关跳闸1.2 s后，相连电厂侧开关C相重合。此时，5023开关内部气体已泄漏，同时，开关内部充满金属蒸汽，造成线路侧梅花触头对罐体放电，5022和5023（已在分位）开关三相跳闸，全部故障过程结束。

经分析认为，因导电杆除触头部分外，其余部位均无对地短路放电痕迹，所以，可以排除因开关套管内部短路引起压力

升高，进而造成瓷套爆裂的可能，可断定该故障主要是由产品质量低所致。此次故障暴露出以下问题：①该变电站5023开关C相母线侧瓷套存在严重的质量问题，在长期运行后发生爆裂;②瓷套法兰处防水胶存在老化问题，目前，缺乏相关规范和标准对防水胶的使用年限进行规定，厂家也未提供相关数据。

4  防范措施

为了防止类似故障再次发生，建议从下列措施入手，严把产品质量关：①由于该批次瓷套存在严重的质量问题，应对该单位生产的瓷套进行更换。②制造厂家应加强对瓷套的入厂检测、出厂试验和现场安装等各个环节的全过程质量控制，严格把关，采取完善的措施确保瓷套完好投运。③对在运500 kV罐式断路器进行超高频局部放电普测，检测可能存在的瓷套和罐体内部异常放电现象;对套管进行紫外成像普测，判断瓷套是否存在异常放电和电晕。④积极开展支柱绝缘子和瓷套超声波检测技术研究和相关方法的应用，正确诊断、发现瓷套缺陷和隐患。⑤鉴于瓷套法兰处存在防水胶老化问题，应对在运设备进行排查，更换严重老化的防水胶，以杜绝隐患。

5  结束语

综上所述，开关故障问题会严重影响变电站的正常运行。要想解决这类问题，就要使用质量过关的产品施工，在使用过程中做好定期维护和修理，保证各部分工件处于正常状态。只有这样，才能保证变电站的正常、稳定运行，创造更大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]林梅.500 kV变电站GIS故障预防及相应故障分析[J].硅谷，2012（22）.

[2]祝伟强.500 kV变电站断路器回路电阻故障分析及处理[J].科技致富向导，2014（21）.

〔编辑：张思楠〕

Fault Analysis and Control Measures for 500 kV Substation Switches

Hu Yongxin

Abstract： This paper analyzes the causes of the substation switch failure to take timely and effective measures for fault management， to ensure the normal operation of the substation， which is the development of great significance substation. Taking a 500 kV switching substation operational failure analysis and processing， for example， on the casing burst Expand situation analysis， determined that the switch fault problem is caused by the quality of porcelain sleeve and flange caused by the aging of the waterproof glue and made appropriate control measures.

Key words： load current; relay protection; substation; flange