ניתוח התקלקלות של מפגר החשמל מסוג SF6 בתחנת תחכום ב-750 ק"ו

Felix Spark

שדה: הישנות ותחזוקה

China

בגלל תכונות ההידרоляציה החשמלית המצוינות והיכולת לכיבוי קשתות, גז פלואוריד ששה (SF₆) נמצא בשימוש נרחב במערכות חשמל בעוצמה גבוהה ובמערכת חשמל בעוצמה非常高，SF₆气体因其优异的电气绝缘性能和灭弧能力，在高压及超高压电力系统中得到了广泛应用。与传统断路器相比，SF₆断路器更加可靠且使用寿命更长。然而，随着使用时间和负载的增加，SF₆断路器的故障逐渐显现，尤其是击穿故障已成为电网安全运行的隐患。击穿故障不仅会损坏设备，还可能导致大范围停电，影响电网的稳定性。当发生故障时，伴随电弧和高温可能会损坏内部绝缘材料和金属部件，甚至引发火灾和爆炸。因此，研究SF₆断路器的击穿故障机理，找出根本原因并提出预防措施对于保障电力系统的安全运行具有重要意义。目前，国内外学者对SF₆断路器的故障机理进行了广泛的研究，主要集中在电气性能测试、材料老化分析以及电场分布仿真等方面。但由于SF₆断路器内部结构复杂，涉及因素众多，现有研究仍存在局限性。特别是对于实际运行中的击穿故障，由于现场条件的限制以及设备拆解难度较大，缺乏系统而全面的研究。因此，本文针对某变电站SF₆断路器的击穿故障进行了包括现场故障调查、设备拆解分析以及电气性能测试在内的综合分析，旨在全面揭示故障机理，为今后类似设备的设计改进、运维及故障预防提供科学依据和技术支持。 (2) SF₆气体分解产物、微量水分及纯度检测对故障断路器的SF₆气体分解产物、微量水分及纯度进行了现场测试，测试数据见表1。根据测试结果分析，故障断路器C相灭弧室内SF₆气体分解产物及微量水分显著超出《输变电设备状态检修试验规程》（SO₂ ≤ 1 μL/L，H₂S ≤ 1 μL/L，微量水分 ≤ 300 μL/L）[5]规定标准限值。而其余断路器气室测试结果均正常，未发现异常。基于上述数据，初步推断故障断路器C相灭弧室内可能存在放电故障。 (3) 断路器主绝缘电阻检查在对故障断路器C相进行绝缘电阻测试时，必须遵循标准操作程序，并确保断路器处于分闸状态。测试过程中，一侧套管接地，另一侧施加电压，以此来全面评估断路器各端口及导电回路与壳体之间的绝缘性能。通过分析测试数据发现，断路器C相整体绝缘性能不足，尤其以断路器Ⅱ母线侧分闸口处的绝缘性能问题尤为突出，测试数据见表2。 (4) 断路器开断口间并联电容器的电容及介质损耗测试在现场测试条件下，由于无法单独测试每个开断口电容器的电容，故采用ABC三相断路器开断口间并联电容器的电容及介质损耗对比测试方法。具体操作时，在断路器分闸状态下，采用套管间（正接法）和套管对地（反接法）两种方式进行电容及介质损耗测试，测试数据见表3。通过对表3的对比分析发现，套管间正接法测得的电容值相对接近实际值，但受断路器内部杂散电容的影响，实测值与计算值之间仍存在一定偏差。不过从ABC三相开断口间并联电容的测试结果来看，三相间的电容差异较小，据此初步判断C相开断口并联电容状态正常。 (5) 断路器罐体内部检查在故障处理现场，专业回收了故障断路器C相的气体。随后使用内窥镜深入罐体内进行检查。经过详细检查发现，靠近Ⅱ母线侧的合闸电阻发生了击穿，罐底散布着黑色的电阻片碎片。此外，还发现其中一个合闸电阻的聚四氟乙烯护套破裂并掉落在罐底。 2.1.1 隔离开关检查经现场详细检查，在故障断路器两侧隔离开关C相动触头的灭弧指部分发现了明显的烧蚀痕迹。随后通过现场手动操作C相隔离开关，整个操作过程顺畅无卡涩现象。同时，在检查过程中观察到动静触头之间未出现焊接现象。完成分闸操作后，进一步对静触头基座及触指进行了详细检查，未发现严重烧蚀痕迹。 2.1.2 二次设备检查 2022年6月18日12时31分50.758秒，750kV变电站故障断路器C相接地。故障发生后，750kV线路光纤差动保护及750kVⅡ母线差动保护均正确动作。通过对故障电流及母线差动保护和线路保护的动作情况深入分析，在隔离开关闭合状态下（期间系统电压稳定无过电压），观察到750kVⅡ母线向故障点提供了故障电流。值得注意的是，参与故障断路器母线差动保护的CT₇和CT₈并未检测到故障电流的存在。基于此观察，判定故障点应在断路器CT₇与母线之间的区域。同时，线路保护用的CT₁和CT₂检测到了故障电流的存在，且故障电流达到了一次电流4.5kA。因此进一步推断故障点位于故障断路器CT₂与断路器Ⅱ母线侧开断口之间，这一推断与现场内部检查发现的故障点位置一致。 2.2 拆解检查如图2所示，在断路器拆解过程中检查罐体内部时，发现合闸电阻及其保护护套碎片散落周围。第四柱合闸电阻的部分电阻片爆炸，相应的两个电阻保护护套也破裂。电阻A端屏蔽罩在罐体内壁上显示出放电灼伤痕迹，B端屏蔽罩上也显示有对A端的放电灼伤痕迹。此外，绝缘支撑杆表面出现了黑化痕迹。通过检查断路器装配、出厂试验及现场安装资料，并对主要绝缘部件进行检查，未发现异常。 3 故障原因分析通过拆解分析得出以下结论：在隔离开关闭合过程中，电阻A端屏蔽罩首先对罐体内壁放电，导致第四柱、第三柱及第二柱合闸电阻中出现异常电流。随后B端屏蔽罩对A端放电，造成第二柱和第三柱电阻短路，电流主要集中在第四柱。这种现象导致第四柱电阻片温度急剧升高，最终引起爆炸，电阻保护护套破裂脱落。在放电过程中产生的高温电弧使绝缘支撑杆表面黑化。罐式断路器可以承受高达2100kV的雷电冲击电压。在隔离开关正常闭合过程中，虽然可能出现过电压，但在正常运行条件下，该级别的过电压不足以触发断路器的放电机制。然而，通过深入分析和推测，初步怀疑罐体内可能有异物。这些异物可能对电场分布产生不利影响，导致电场畸变，超过SF₆气体间隙所能承受的绝缘强度。在这种情况下，电阻A端屏蔽罩可能首先对罐体内壁放电。考虑到罐体内的异物可能隐藏在不易察觉的缝隙中，当带电闭合隔离开关时，产生的过电压在电场力的作用下可能将异物移动至电场较强区域，从而导致电场畸变并引发放电现象。 4 结论鉴于先进开关设备在电力系统中的广泛应用，因异物导致的罐式断路器及GIS设备跳闸事故频发。为防止此类故障，有必要加强带电检测工作，特别是增加频繁操作的断路器的检测频率。同时，在现场验收时，应严格检查设备是否已完成200次机械操作，确保机构磨合，避免投运后金属碎屑对设备运行的不良影响。

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כשלונות ותחזוקה

מפסק מעגל עם גז SF6

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