组合电器导体接头过热的原因分析及检测方法研究

张丕沛，李 杰，汪 鹏，徐明昊

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003；2.新南威尔士大学，澳大利亚 NSW2052）

0 引言

封闭式气体绝缘组合电器把高压带电体密封在充满SF6气体绝缘介质的金属容器内，具有绝缘性能好、运行可靠度高、维护工作小、检修周期较长等特点，被广泛应用于高压输变电系统中［1-3］。然而，当组合电器内部导体接触不良时，由于接触电阻变大，在负荷电流流过时会产生过热现象，甚至会导致接头材料的熔化、滴落，破坏组合电器内部绝缘，从而引起放电跳闸事故［4-6］。若能利用有效的带电检测手段提前发现组合电器内部导体接头处的过热现象，便能及时采取措施预防事故发生。

针对一起组合电器内部导体接头过热引起的放电故障，通过解体检查，对故障过程及原因进行了分析，并研究了利用红外测温判断内部导体接头过热的检测方法。

1 故障概况

某220 kV 变电站110 kV 主接线形式为双母线接线，110 kV 组合电器于2008 年7 月投运。2020 年4 月28 日，该变电站1 号主变压器差动保护动作跳闸，C 相接地短路，110 kV 侧一次故障电流约5 000 A。

经现场检查，1 号主变压器外观无异常，对其开展油色谱分析、绕组变形测试、直阻测试，试验结果均合格。检查1 号主变压器110 kV 侧组合电器外观，发现1 号主变压器110 kV 侧101-3 隔离开关气室C 相（主变压器进线套管侧）有疑似局部过热点，如图1 所示。对该气室开展SF6气体分解物检测，检测结果如表1 所示，其中SO2、H2S 体积分数均大于Q／GDW 1168—2013《输变电设备状态检修试验规程》中规定的注意值，检测数据异常；其他气室气体分解物检测无异常。因此，判断故障点为1 号主变压器110 kV 侧101-3 隔离开关气室C 相。

图1 组合电器现场检查

表1 气体分解物体积分数检测结果 μL／L

2 解体检查情况

4 月29 日，对1 号主变压器110 kV 侧组合电器故障相C 相进行现场解体检查。

2.1 内部放电部位

解体检查发现触头座屏蔽罩底部有明显放电喷溅痕迹，壳体底部对应位置有放电烧蚀形成的坑洞。判断主要放电通道为触头座对筒壁放电，如图2 所示。

2.2 触指烧蚀情况

检查屏蔽罩内触指，数量为24 片（与设计值一致），触指无缺失；触指全部碳化发黑，下方8 片触指烧熔在一起，并附着大量烧熔物，判断为触头与触指烧熔后堆积形成。壳体底部对应位置有明显滴熔物堆积，判断为烧熔物滴落形成，如图3 所示。

2.3 触头及导体情况

检查触头，发现触头导流部位大部分烧熔，触头附近导体烧蚀严重，如图4 所示。除触头烧蚀处外，导体其余部分光滑无异常。

2.4 触指弹簧抱紧情况

屏蔽罩内发现两根抱紧弹簧残余物，一根完整，另一根烧成两段，如图5 所示。

图2 放电部位检查

图3 触指烧蚀情况

图4 触头烧蚀情况

图5 故障相抱紧弹簧残余物

检查正常相弹簧情况，如图6 所示。正常设计应有3 根弹簧，为钢材质。由于钢材质熔点约1 535 ℃，高于铜触指的熔点1 084 ℃，弹簧触指不会发生熔融，初步判断安装时缺少一根抱紧弹簧。

图6 正常相抱紧弹簧

3 原因分析

综合现场解体检查情况，判断故障原因为1 号主变压器110 kV 侧组合电器进线管母C 相导体触头与触头座接触不良，直阻增大导致温度升高，触头、触指、导向杆在高温下烧熔并滴落在屏蔽罩内部，高温的滴熔物将屏蔽罩烧蚀形成缺口，进而在向壳体底部滴落过程中发生放电，导致SF6气体绝缘水平降低，最终在绝缘最薄弱的位置（屏蔽罩与壳体间）发生击穿放电。

而导致导体触头与触头座接触不良的根本原因，可能与现场安装时漏装抱紧弹簧有关。按照正常设计，触指外侧应有3 根抱紧弹簧，但现场解体只发现2 根抱紧弹簧，弹簧完全烧熔的可能性极小（弹簧钢熔点约1 535 ℃，远高于铜触指的1 084 ℃、铝合金的600 ℃）。因此，判断现场安装时漏装一根抱紧弹簧。该段导体长1 689 mm，中间没有任何结构进行支撑固定，触头侧需要依靠3 根抱紧弹簧的抱紧力固定在触指内部并保持良好接触，而2 根弹簧抱紧力不足，随着长时间运行（超过10 年），在电动力及振动作用下，导体在触头座内发生位移，导致触头与触指间压接不紧，接触电阻增大，导致发热。

4 红外检测方法研究

当组合电器内部导体接头处发热时，热量主要以热对流的形式通过SF6气体传输到壳体上，但SF6气体的换热系数较小，当导体温度超过1 000 ℃时，壳体表面温升可能只有1～10 K。

根据DL／T 664—2016《带电设备红外诊断应用规范》，导体连接处热点温度大于90 ℃即可诊断为严重缺陷。建立故障气室简化后的三维模型，并对导体连接处发热时的温度分布进行仿真，结果如图7所示。

图7 导体连接处发热时的内外温度分布

可以看出，当导体连接处温度达到90 ℃时，壳体表面温升约为3 K，因此可以认为，对组合电器导体接头处进行红外测温时，当壳体表面温升大于3 K时，说明内部导体存在严重发热缺陷。

5 结语

介绍一起110 kV 组合电器放电故障，通过现场解体检查，判断为导体接头处的触头座内缺失1 根抱紧弹簧，导致触头触指因接触不良而发热烧熔，气体绝缘能力降低，进而由于金属滴熔引起的击穿放电。并通过仿真计算，对组合电器内部导体接头过热的红外检测方法进行研究分析，结果显示，当组合电器壳体表面温升大于3 K 时，可判断内部导体接头处存在严重发热缺陷，应及时采取措施进行处理。同时，由于壳体表面温升值较小，因此红外测温应采用精确测温的形式，避免环境因素、仪器参数等对测量结果带来干扰。