一起110kV组合电器隔离开关传动扭杆故障分析

国网天津市电力公司电力科学研究院 曹 梦 何 金 陈 荣 邢向上 朱旭亮

随着经济的不断发展，社会对电力能源的要求越来越高，促使电力系统的电压等级和容量也随着增加，土地资源和建设经济性等原因使得敞开式设备已经不适应现在电力系统的发展。组合电器由于其结构紧凑、占地面积小、少维护性等优点，在现场的使用逐年增加。但是由于目前组合电器生产厂家众多，生产工艺良莠不齐，尤其是绝缘件等关键组部件工艺控制不良，导致现场故障时有发生，为现场运维带来了极大的困扰，也造成了严重的经济损失和社会影响。因此现场急需掌握各类组合电器故障原因并制定提升措施，以督促厂家提升产品质量，保障现场运行可靠性。

本文通过对现场一起110kV 组合电器隔离开关传动扭杆引发的故障进行分析，详细阐述故障过程以及故障原因，最后针对性提出改进措施。本文结论对分析相似故障具有重要的借鉴意义。

1 故障排查及原因

2021年03月02日10时33分，110kV A 变电站114断路器跳闸，相间距离II 段保护动作，后重合失败。运维人员检查114线路及对侧110kV B 变电站，均未发现明显异常。12时37分试送A 站114断路器，线路送电正常，后合上B 变电站113断路器，A 站114断路器距离保护再次动作跳闸，判断故障点位于B 变电站110kV-43母线组合电器。运维人员再次检查B 变电站110kV-43母线组合电器，发现4-93隔离开关气室表面温度明显升高，初步判断故障点在于此气室。

1.1 现场解体情况

对110kV A 变电站4-93隔离开关气室开展检修工作，更换4-93PT、4-93隔离开关气室，交接试验合格后设备投运正常。同时对4-93隔离开关气室进行现场解体，发现B、C 相间传动扭杆（材质为环氧树脂）发生贯穿性放电，传动扭杆破损，合闸状态下扭杆破损面对侧筒壁存在严重烧蚀痕迹，解体图如图3所示。

1.2 厂内解体见证

对4-93隔离开关气室进行解体见证并分析故障原因，具体情况如下：

图1 隔离开关解体图

对三工位传动输出轴扭力值进行测试，隔离侧合闸为40N.m，接地侧合闸为45N.m，测试结果如图2所示，满足厂家设计值＜100N.m 的要求，试验合格。

图2 隔离侧合闸（左）和接地侧合闸（右）扭力值测试

拆解三工位侧面盖板，发现三相可动侧导体与盆子连接部位、壳体内壁均存在明显烧蚀痕迹，B、C 相间传动扭杆有贯穿性缺口，隔离开关合闸状态下，传动扭杆缺口面正对上述烧蚀位置，其余两根传动扭杆表面有电弧溅射痕迹，具体情况如图3、图4所示。由于沿面放电几乎无法造成如此明显的贯穿性缺口，因此推断B、C 相间传动扭杆贯穿性缺口为扭杆本身存在内部气隙，在长时间电压作用下劣化故障所导致；或由于扭杆存在机械应力缺陷，在长期电动力作用下产生内部气隙，而后在电压作用下气隙劣化所致。

图3 可动侧导体连接面（左）和壳体内壁（右）烧灼痕迹

图4 传动扭杆情况（从左到右分别为B 相与传动杠之间的扭杆、BC 相间扭杆以及CA 相间扭杆）

对三工位可动侧盆子进行拆解，发现盆子表面有大面积烧灼痕迹并附着部分故障分解物，同时发现A 相中心嵌件导体位置有两道明显对地放电痕迹，对两道放电痕迹进行清洁、打磨，发现为电弧烧灼痕迹、并非裂纹，判断A 相对地短路点处于该位置，具体情况如图5所示。

对无缺口两根传动扭杆进行尺寸检测，符合设计要求，然后对三根传动扭杆进行X 射线检测，未发现异常，如图6所示，同时查询三个传动扭杆出厂报告，出厂报告合格。

图6 X 射线检测（从左到右分别为B 相与传动杠之间的扭杆、BC 相间扭杆以及CA 相间扭杆）

对无缺口两根传动扭杆进行表面清洁处理后开展电气性能试验，工频耐压：275kV（5min），局放值＜2pC，合格；局放试验：174kV（1min），局放值＜2pC，合格。

图7 耐压（左）、局放（右）试验

综合以上情况进行分析，本次变电站故障原因为：B、C 相间传动扭杆（外采购件）内部存在微小气隙缺陷或机械应力缺陷，出厂试验（绝缘件局放、耐压、X 光试验，整机出厂局放、耐压试验）未被发现，同时现场交接局放、耐压试验合格，但是在投运后长时间带电和电动力作用下，内部缺陷劣化导致B、C 相间短路，电弧喷射烧蚀内部元器件，分解物分布在气室空间内，部分附着在盆子上，最终通过可动侧盆子A 相中心嵌件导体位置附近沿面对地放电，引发三相短路故障接地。

2 后续措施建议

由于绝缘件内部气隙缺陷，超声波局放检测不灵敏，建议针对目前在运变电站同批次的110kV 组合电器加强特高频局放检测；绝缘件作为GIS 设备重要部件之一，后续应加强对其监督，严格按照《十八项电网重大反事故措施》要求，逐支进行GIS 生产厂家的局放、耐压、X 射线试验见证；目前常规试验手段对绝缘件潜伏性缺陷（如内部微小气隙、应力损伤等）效果较差，在出厂、交接试验均合格的情况下投运后时常发生缺陷或故障，建议进行新技术研究或引进，提高绝缘件缺陷检出率。