500kVGIS断路器异常跳闸故障的分析与处理

李慧

摘要：GIS是指气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated Switchgear），简称GIS，主要由断路器、隔离开关、接地（快速）开关、互感器、套管、避雷器、母线等电器元件组成，经优化设计有机组合的高压配电装置，各间隔间用导电性能较好地导体连接，并以SF6气体作为绝缘和灭弧介质。

关键词：500kv;GIS断路器;跳闸故障

1  故障断路器内部检查概况

检测该断路器C相气室SF6气体分解产物，与最近一次检测结果比较，分解产物中出现SO2及H2S气体，内部放电故障的可能性进一步增大。

对该故障断路器C相靠近充排气接口一侧进行开盖检查，发现均压电容靠端盖侧均压帽表面及壳体底部有放电烧熔现象，均压电容绝缘材料表面靠近均压帽一端底部烧黑，壳体下部覆盖有少量熔融物，未发现明显放电点。下部壳体内壁存在细微的白色和黑色颗粒物，材质坚硬，似金属颗粒。气室内部多处出现白色絮状物，材质较软，似非金属纤维。该气室内其余部位均未发现明显的放电痕迹及其他异常，均压电容、导电杆、操作机构连杆等处固定螺栓连接紧固，无松动。提取少量壳体下部熔融物，可明显嗅到刺激性气味，其中应含有SF6分解产物SO2及H2S气体，但白色和黑色颗粒物、白色絮状物无刺激性气味。

对有明显烧蚀痕迹的断路器断口均压电容进行现场试验，其试验结果仍能满足铭牌参数要求，同时满足DL/T 596-1996《电力设备预防性试验规程》及QCSG1206007-2017《电力设备检修试验规程》的相关规定，表明本次内部放电故障较轻，释放能量较小，均压电容基本性能未受到明显影响。

2 故障分析及现场处置

2.1 故障原因分析

根据故障断路器运行情况、保护动作情况、故障录波、断路器C相开盖检查情况综合分析判断，本次断路器跳闸是由于C相故障侧断口下端均压电容均压帽对下部壳体电弧放电导致。

GIS内部放电主要包括：自由金属颗粒放电、悬浮电位体放电、沿面放电、绝缘件内部气隙放电、金属尖端放电等。多数放电故障发生在设备投产后的1～3a内，此时放电故障大多是由悬浮导体、表面毛刺或绝缘件表面附着颗粒等缺陷造成的，一般可通过完善交接验收及预防性试验起到预防作用。随着设备运行时间增加，到GIS运行中期，内部放电故障则主要是绝缘件表面的缺陷（如污秽、表面电荷积聚、附着金属微粒）引起的。

但本次断路器故障情况较为特殊，其运行近7a，期间无故障记录，现场检查绝缘件表面无明显脏污及颗粒附着，绝缘件完好无异常。

通过现场分析及开盖检查结果判断，此次断路器内部放电原因应为断路器C相内存在金属离子细微颗粒，运行中细微颗粒振落在壳体底部。断路器多次开合以及气室充排气过程中引起气室内压力波动及SF6气体流动，将细微金属颗粒聚集在气室端头底部气流死角区域，并形成一定的规模，此区域正位于均压电容均压帽下方。在断路器合闸对线路充电时，C相气室断口均压电容下方含有金属离子的细微颗粒受到交变电磁场作用上下跳动产生悬浮电位放电，造成局部SF6气体分解绝缘强度降低，形成对壳体放电通道发生电弧放电。

为验证金属颗粒在均压电容器均压帽下方聚集的判断，对故障断路器C相故障处对侧进行开盖检查，发现均压帽底部有轻微颗粒物聚集的情况。对B相断路器进行开盖检查，在靠近充排气口一侧均压电容均压帽底部发现絮状物及颗粒物聚集情况，对侧均压电容均压帽底部发现颗粒物，但聚集情况并不明显。

可以推测，該型断路器均压电容器均压帽底部颗粒物及絮状物聚集可能为普遍存在的现象，与气室内颗粒物及絮状物的多少有关，同时气室充排气及断路器分合闸操作对颗粒物及絮状物的聚集均有作用，充排气对聚集作用的影响可能更强，其中导电颗粒物聚集量的多少对故障的发生与否起到至关重要的作用。

2.2 现场处理过程

对故障断路器C相外壳内壁烧熔物进行清理打磨，恢复其光滑表面;全面检查清洁断路器各部位，采购新电容及均压帽，经现场试验合格后，更换电容和均压帽;对故障断路器C相进行抽真空充气，更换吸附剂。同时，开展了该断路器A、B相内部检查，均未发现异常。

对故障断路器C相进行电气试验，试验满足DL/T 596-1996《电力设备预防性试验规程》及QCSG1206007-2017《南方电网电力设备检修试验规程》规定。

根据调度批复进行零起升压试验，试验过程中检查该断路器及带电范围内一次设备运行均正常，测量各部位PT二次侧三相电压均正常，检查监控、保护、故障录波装置采样均正常，顺利并网运行。

3防范建议

分析本次事故发生的原因，可追溯至设备生产、安装、验收、投运及日常运维等各个环节，壳体内的金属颗粒物既可能来自生产安装过程，也可能来自动元件与固定元件的相互摩擦。针对本次故障，下面从设备生产安装验收、日常运行维护及定期检查检修等方面提出以下建议。

1）加强设备生产制造及安装过程中的现场检查及见证工作。生产及安装现场应采取防尘措施，如搭建防尘篷、地面铺塑料布等，擦拭罐体内部应使用无纺布，气室封闭前必须将罐体内部清理干净，应特别注意孔洞、缝隙、角落的除尘;验收时需认真查验安装时的天气情况、现场环境、气室清理、安装顺序、装配工艺等是否满足要求，施工记录、监理记录查验无误后应妥善存档。避免由于生产及安装过程不满足工艺流程或质量标准造成的内部金属颗粒或其他杂物较多、装配误差大造成的动元件与固定元件不正常摩擦等情况。

2）定期开展GIS设备带电局放检测，根据具体情况可选择特高频或超声局放等检测方法。新安装的设备在进行交流耐压试验时，可同时进行超声局放试验，以便判断GIS设备内部除绝缘件损伤、绝缘距离不足外，是否存在潜在的绝缘件内部杂质、气泡等局部缺陷。超声局放具有对弹垫松动、粉尘飞舞等非放电性缺陷较为敏感的特性，运行中的设备可参照国家能源局《防止电力生产事故的二十五项重点要求》及电力行业标准DL/T 1250-2013《气体绝缘金属封闭开关设备带电超声局部放电检测应用导则》进行超声局放检测，对于550k V以上电压等级的设备，建议每半年进行一次带电局放检测，对局放超标的设备及时处理。

3）适当缩短断路器气室SF6气体分解产物的现场检测周期，作为GIS设备内部长期慢性故障的辅助判断依据。按照电力行业标准DL/T 1359-2014《六氟化硫电气设备故障气体分析和判断方法》的要求，建议500kV GIS断路器每年进行分解产物的检测，辅助分析内部运行及潜在的故障情况。但分解物需要一定的产生和扩散过程，且只有浓度积累到一定水平后方可被检测到，检测间隔周期也较长，响应速度较慢。目前SF6分解产物现场检测使用的均为便携式检测设备，建议有条件的单位可以自行采购并开展现场检测工作，缩短检测周期，配合其他检查试验及运维记录，综合判断GIS设备健康情况。

4）利用停电机会，对运行年限长、操作频繁、充排气次数多的断路器逐台进行开盖检查，全面清洁，检查内部各连接螺栓、固定螺栓、销轴、触头等是否有松动、开裂、磨损、烧蚀等情况，并及时处理。

5）根据试验、检查等情况，合理修编现场检修维护规程及作业指导书，加强运行设备的巡视检查，利用红外成像等手段，及早发现温度异常部位，合理安排，妥善处理。

4结语

GIS设备的安全稳定运行，是保证发电厂、变电站电能输送的重要前提。以一起500kV GIS断路器内部放电引起断路器跳闸故障为切入点，介绍了本次故障的特点以及处理过程，并提出了切实的防范建议：通过应用多种检测技术，加强设备日常维护检查，增加GIS设备的性能检查与故障判断的有效性，提高设备安全性与稳定性，提高经济效益。

参考文献

[1]李志伟.变电站GIS设备安装与调试技术[J].中国高新科技，2017，（18）：42-44.

[2]史贤悦，王杰.GIS设备在电力系统中的应用及状态检修[J].测试工具与解决方案，2019，（24）：94-95.