一起500千伏气体绝缘输电线路耐压击穿原因分析及处理

文/邓曲波

0 引言

气体绝缘输电线路（GIL）在我国一些水电站和核电站应用，具有输送容量大、损耗小、使用寿命长、高可靠性和高安全性等突出特点。近年来，我国投入运行500kV 的电站在短距离输送电时采用这种设备。由于全密封结构的GIL 造价成本高，内部故障情况无法直观判断，恢复供电慢，事故处理费用高，而且常用绝缘气体SF6具有极强的温室效应，这些缺点阻碍了GIL 在长距离输送电线路网中的广泛应用。

1 案例情况简介

2020年7月，中国南方某核电站新安装3号主变侧500kV 的GIL 进行现场交接例行交流耐压试验，该产品型号为ELK-3型，由国内某开关有限公司生产。试验方法参照国家标准GB/T 7674-2008《额定电压72.5kV 气体绝缘金属封闭开关设备》、GB50150 - 2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》，以产品技术条件规定出厂试验电压值的80%作为现场耐压试验电压，为592kV,三相分别从开关站GIL 侧的试验套管处进行加压，试验前在GIL 各段安装击穿定位仪。现场试验加压路径如图1所示，试验加压程序为：318kV(2min)→400kV(10min)→500kV(5min)→59 2kV(1min)→381kV(局部放电测试)。

试验结果：C 相耐压未通过，第一次加压至500kV 持续1分45秒时放电，第二次加压至260kV时放电；B 相耐压未通过，第一次加压至587kV 时放电，第二次加压至313kV 时放电，第三次加压至286kV 时放电；A 相592kV 一分钟耐压试验通过，局部放电测试完成，G01与G02隔盆连接处局部放电数为47.7dBμV，其他位置在23dBμV 左右。BC 两相每次放电后复测绝缘电阻，其绝缘电阻值无明显变化。

图1 案例GIL试验加压路径

2 案例GIL 击穿原因调查

在试验过程中，从现场布置的击穿定位仪采集到较高的幅值数据如表1、表2所示。

表1 案例GIL C相疑似放电位置幅值数据

表2 案例GIL B相疑似放电位置幅值

从表1可看出，C 相安装单元号SD10196至SD10197段的幅值均为最高，初步判断该段内部绝缘可能被击穿，判断为主放电点，安装单元号SD10211至SD10212段幅值较低，判断为疑似放电点。从表2可看出，B 相安装单元号SD10154至SD10155段的幅值均为最高，SD10164至SD10165段的幅值明显减 弱，SD10176至SD10177段的幅值未发现异常信号，初步判断SD10154至SD10155段内部绝缘可能被击穿，判断为主放电点，SD10164至SD10165段判断为疑似放电点。另外，对B、C 相主放电点、疑似放电点分别对应的气室进行了SF6气体成份和纯度分析，结果均未发现异常（见表3）。

表3 案例GIL SF6分解产物及纯度

经分析，SF6分解产物成分及纯度未超标，说明放电能量较低，少量分解产物可能被吸附剂所吸收。

2020年7月25日，经该核电站工程部、ABB厂家、安装单位及试验单位商讨处理方案后，现场拆解各相的主放电点和疑似放电点所对应的安装单元发现，B、C 两相主放电点对应的气室内部吸附剂盒子都掉落在管道底部，且吸附剂盒子在压环位置整体断裂，吸附剂颗粒散落在相邻的管道内部，吸附剂盒、插接触头屏蔽罩、导体及壳体内壁均有明显放电痕迹（见图2）。B、C 相疑似放电位置未发现任何放电痕迹。

图2 案例GIL B、C相放电情况

A 相疑似局放信号位置（SD10106和SD10107对界面处）发现吸附剂盒子环边开裂，但未掉落，少许吸附剂颗粒散落在管道内部及盒子盖上（见图3），该位置的隔离绝缘盆子两侧均未发现放电痕迹。

图3 案例GIL相吸附剂盒子环边开裂

3 原因分析及处理

从现场解体结果来看，在压环位置整体断裂的塑料吸附剂盒子掉落在GIL 壳体内底部是造成本次耐压击穿事故的直接原因。吸附剂盒的掉落导致筒内由单纯气体绝缘变成气体和固体的混合物绝缘，不同的介质形成了不同的介电常数，耐压试验时不均匀电场也随之产生，第一次耐压之后的放电电压也降低。

经厂家技术人员确认，吸附剂盒子断裂且掉落的原因是该位置安装的堵盖选配错误（见图4）。

图4 吸附剂盒子与堵盖安装

选配错误的堵盖朝向吸附剂塑料盒安装面有10°凸面，直径为100mm（见图5），这直接挤压到塑料吸附剂盒环边法兰及吸附剂盒盖上，塑料吸附剂盒环边法兰厚度约2mm，而法兰环边圆角过渡处壁厚小于2mm（见图6），当朝向吸附剂塑料盒的金属堵盖经螺栓紧固时，其锁紧压力作用在塑料吸附剂盒环边法兰平面及其圆角过渡处，盒子被挤压变形受损致使吸附剂盒子掉落。

图5 案例GIL堵盖结构

图6 案例GIL吸附剂盒结构

经厂家更正后，堵盖在设计上朝向吸附剂塑料盒的安装面设计为平面，且加工深度为2.3mm 的凹面，直径为116mm（见图7），堵盖平面与塑料吸附剂盒法兰边没有压迫接触，两者间隙有0.6mm（见图8），避免了堵盖螺栓紧固时的挤压力。更正后的塑料吸附剂盒与堵盖选配实物见图9。

图7 更正后的GIL端盖设计

图8 GIL端盖与吸附剂盒安装

图9 更正后的GIL堵盖与吸附剂盒实物

4 GIL 耐压击穿防范措施

总结上述分析可知，吸附剂盒断裂掉落是导致案例事故的直接原因。3号主变侧GIL 母管吸附剂装置因所有堵盖选型错误，需将所有堵盖（共24个）进行重新更换。应业主要求，将GIL 母管所有气室SF6气体全部回收，按照实际回收的顺序依次对所有气室的堵盖和吸附剂盒进行更换，更换完成的气室及时进行抽真空、充气、检漏及微水纯度检测处理。近年来，某开关公司生产的GIL 在全国范围内都得到广泛应用，本文案例事故源于吸附剂选配错误，厂家暂时认定为个例事件。为防止类似设备故障影响电网安全稳定运行，建议已使用或即将使用此类产品的电站加强监控，必要时尽量配合检修，逐步确认及更换缺陷产品；同时建议制造厂严格对生产工艺、产品质量及现场配合技术安装严格把关，防止缺陷产品应用到运行设备中，避免设备在运行中发生事故。

2020年9月，本文案例中的核电站将吸附剂盒进行更换处理后对GIL 重新进行交流耐压试验，试验过程未出现放电现象。本文通过对新安装GIL 在例行高压试验时出现的放电现象进行实例事故分析，希望能够供广大GIL 用户和试验人员参考借鉴。