500kV高压开关跳闸，解体确认绝缘拉杆的内部微小缺陷导致故障

国网福建电力有限公司检修分公司的研讨职员于晓翔，在2021年第2期《电气技术》上撰文，经由过程对一路500kV高压开关装备跳闸故障开展解体阐发，确认故障缘故原由是因为其隔分开关绝缘拉杆的内部缺陷在运行进程中赓续劣化，导致绝缘拉杆产生沿面闪络。随后在重合闸进程中，绝缘拉杆击穿产品同动触头屏障罩失落落在程度盆式绝缘子外面，导致绝缘子产生沿面闪络后在强送的进程中被击穿。针对上述环境提出身产工艺改良建议，晋升装备靠得住性。

绝缘拉杆作为高压开关装备（hybrid gas insulated switchgear, HGIS）中的紧张元件，起到衔接各种传念头构和本体高压电极的紧张作用。因为其蒙受着高压带电部门与零电位部门之间很年夜的电压降，一旦内部混有气隙或杂质，在历久高场强作用下极有可能导致绝缘资料老化与绝缘内部毁坏。故其临盆工艺是否靠得住，出厂查验是否定真过细直接影响HGIS以及电网的平安与稳固。

1 故障颠末

2017年11月24日，某变电站500kV线路5032、5033开关A相跳闸，5033开关重合不胜利并强送失败（现场接线图如图1所示）。该线路全长67.76km，PCS—931A掩护纵联差动掩护动作，测距0km，故障相（A相）电流17 500A，线路PSL—603UA掩护分相差动动作，测距0.079km，故障相（A相）电流17 460A。

图1 接线示意图

该变电站5032、5033开关单位为海内某厂家临盆的ZF16—550GCB型HGIS，2017年6月30日投运，尚未到达首检周期。交接实验和比来一次带电测试数据均无非常，故障产生时变电站内无相关倒闸操作。

现场反省5032、5033距离一次装备外观及响应气室压力均正常，随即进行了SF6气体检测，成果见表1。

表1 各气室SF6气体测试成果

检测发现响应气室SF6纯度及湿度均正常，但50322A相刀闸气室气体检测口有年夜量白色粉末，SO2、H2S含量跨越100?L/L，且伴有年夜量CO以及HF发生，5033A相开关气室SO2超标。初步断定50322A相刀闸气室产生严重放电，5033A相开关气室SO2超标为故障进程中重合闸开断所致，需立刻进行处置。

因为现场不具备解体前提，故决议将50322A相刀闸进行调换并送至厂房解体，同时调换5032和5033开关气室的SF6气体。12月5日，现场完成调换事情并顺遂送电。

2 解体环境

50322A相刀闸送至厂房落后行了具体解体，其气室布局如图2所示。

图2 隔分开关气室布局

2.1 绝缘拉杆

该刀闸绝缘拉杆已断裂成多少块，其高电位侧（与动触头相连的一端）U形槽处存在裂口，表里部表层均已碳化，但仍坚持管型。中央部门裂成3块，存在分歧水平碳化征象。地电位侧决裂成3块，碳化水平相对较轻（如图3所示），狐疑该绝缘拉杆从U形槽偏向产生开裂。

图3 断裂的绝缘拉杆与正常杆对照

2.2 程度盆式绝缘子

程度盆式绝缘子外面存在显著的由高电位到地电位的贯串性放电通道，且该通道处环氧树脂已产生碳化，绝缘子外面存在油状附着物和粉末聚积（如图4所示）。

对绝缘子上样块、外面油状附着物、聚积的分化物粉末分离取样并使用能量色散X射线能谱仪进行身分阐发（成果见表2），未发现外部侵入构成，油状分化物断定为环氧树脂分化产品。

图4 程度盆式绝缘子凸面图

2.3 屏障罩

动触头屏障罩上部存在喷塑层高温熔化后满布白点的附着层，无烧穿陈迹。但屏障罩下半部、尾部（屏障绝缘拉杆与金属接头衔接地位）以及程度绝缘子的屏障罩处均存在烧穿的孔洞征象，分离如图5和图6所示。

表2 样本组分阐发

图5 屏障罩尾部烧穿孔

图6 程度绝缘子屏障罩烧穿孔

2.4 竖直盆式绝缘子

竖直盆式绝缘子上半部因高温气体熏烤变色，无闪络、烧蚀陈迹。

2.5 机构侧端盖

端盖底部接近收口地位有显著的烧蚀坑（如图7所示），断定为落弧点，从落弧点地位进行取样阐发（见表3），未见不合理的外物侵入构成。

2.6 罐体

罐体内部没有烧蚀点，罐体上部较为清洁，底部因高温炙烤变色，外面附着气体分化物。

2.7 接地开关

隔分开关产生绝缘故障后，调剂曾操作隔分开关分闸、接地开关合闸，经解体确认，隔分开关分闸失败，接地开关合闸胜利，接地开关动触头屏障罩脱落，失落落在程度绝缘子凸面上，如图8所示。

图7 机构侧端盖

表3 机构侧端盖样本组分阐发

图8 接地开关屏障罩脱落

3 故障缘故原由阐发

3.1 隔分开关静电场仿真计算

为验证该隔分开关布局设计的靠得住性，对其内部布局进行了等比例静电场仿真，同时依照施加数值最高的雷电冲击耐受电压（1675kV）作为界限前提进行计算，得出以下结论：

1）隔分开关内部最年夜场强分离位于绝缘拉杆动静触头侧屏障罩处，分离为24.4kV/mm和21.6kV/mm。

2）绝缘拉杆外面电场强度呈驼峰型散布，主要集中在离绝缘拉杆高压侧端部约40～60mm处，最年夜场强为11.4kV/mm。

3）动侧屏障罩最外侧、绝缘拉杆外面、静侧屏障罩和下方盆式绝缘子屏障罩处的电场强度较年夜。在分歧电压情势下的最年夜电场强度计算成果见表4。

表4

因为绝缘件的沿面绝缘以及金属屏障件在SF6气隙中绝缘的设计基准均取决于雷电冲击电压下的极限场强，故厂家的绝缘设计基准通常依照雷电冲击电压进行设计。而550kV HGIS用隔分开关额定压力为0.4MPa（20℃表压），绝缘拉杆沿面电场强度许用值为18.5kV/mm，该厂家厂内涵该压力下绝缘拉杆沿面电场强度许用值为12kV/mm，断定不存在设计缺陷。

3.2 绝缘拉杆闪络缘故原由阐发

该绝缘拉杆由组合电器厂家从属厂制作，采纳真空压力浸胶工艺，制作进程中起首必要应用玻璃纤维布层层环绕纠缠，然后在真空情况下使环氧树脂迟缓浸润玻璃纤维资料，排除加强纤维系统内部的微气泡，再借助给环氧树脂系统加压的方式保证组织布局致密，使玻璃纤维与环氧树脂交融成为整体。反省使用资料的理化实验申报和绝缘拉杆整体实验申报均正常。

经由过程回复复兴隔分开关绝缘拉杆，发现断裂的绝缘拉杆层间已经失去粘协力，呈蓬松状况。断裂的绝缘拉杆中央部门接近高电位侧分层的层间有4个放电点，部门放电点已经击穿多层玻璃布，如图9所示。

图9 绝缘拉杆上的放电点

由此断定，绝缘拉杆闪络的缘故原由为其内部存在局放肇端点，历久的局放作用使得绝缘拉杆材质劣化，导致贯串性的绝缘击穿。击穿后，绝缘拉杆部门碳化，致使从蒙受应力才能稍弱的U形槽处开端断裂（如图10所示），终极在电弧和分闸力气的配合作用下，整体断裂。

图10 断裂绝缘拉杆的回复复兴图

3.3 程度盆式绝缘子闪络缘故原由阐发

经由过程剥除程度盆式绝缘子放电通道处的分化物进行着色实验，未发现裂纹等制作缺陷。盆式绝缘子的绝缘电阻实测年夜于7000MΩ（要求不低于5000MΩ）、玻璃化温度检测119.03℃（要求年夜于 105℃），测试成果均及格，故可确认盆式绝缘子无内部质量缺陷，盆式绝缘子闪络的缘故原由应为绝缘拉杆击穿后分化物失落落在程度盆式绝缘子凸面，激发盆式绝缘子贯串性绝缘击穿。

3.4 接地开关屏障罩脱落缘故原由阐发

接地开关屏障罩末尾（固定端）出现不规矩断痕，中央触头处的安装螺钉固定环境优越，屏障罩没有烧穿陈迹，外面熏烤变玄色。断定应是绝缘拉杆闪络击穿后，断路器重合闸时，电弧能量加热隔分开关内气体，膨胀的气体向压力较低的母线单位扩散，发生强烈气吹，高温气体使得接地屏障罩固定部门软化，终极被吹落。

4 故障成长推演

综上所述，该隔分开关的故障成长进程如下：

1）隔分开关绝缘拉杆因内部微小缺陷，历久运行时存在连续的局部放电，逐渐破坏绝缘拉杆的绝缘机能。

2）局部放电慢慢成长，终极扩大成绝缘拉杆沿面闪络，闪络路径为高压侧绝缘拉杆内部缺陷处→绝缘拉杆内外面→机构侧端盖。

3）断路器重合闸，短路电流的能量一方面使得绝缘拉杆碳化水平加重、动触头屏障罩烧损；另一方面导致隔分开关内部压力升高，气流向低压侧扩散时吹落接地屏障罩，连同绝缘拉杆击穿产品一路失落落在程度盆式绝缘子凸面上，导致绝缘子产生沿面闪络，电弧通道在绝缘子嵌件到密封槽处的罐体之间形成。

4）断路器强送时，电弧在程度盆式绝缘子凸面已经形成的放电通道之间流过，导致绝缘子凹凸面之间烧穿。

5）故障产生后，装备转检修进程中，隔分开关分闸操作，已经碳化的绝缘拉杆彻底倾圯。

5 结论

绝缘拉杆作为隔分开关中的紧张元件，临盆后必要颠末灯光照耀探伤、动作实验以及局放耐压实验等一系列检测方可投入安装使用。现有材料注解，其最常见的故障缘故原由为内部存在气隙或杂质时，缺陷邻近电场极易畸变而产生局部放电，在历久电场和局部放电作用下，导致绝缘拉杆绝缘失效。

本次故障充足反映了该HGIS厂家在临盆质量治理系统中的破绽，针对本次事故，提出以下步伐建议：

1）严厉执行工艺规律要求，保证绝缘件临盆工艺和进程受控，严厉执行绝缘成品的质量反省规范和实验尺度，保持对绝缘件全体逐件反省实验，保证绝缘件质量相符要求。

2）完美反省绝缘拉杆微小缺陷的手腕，详细包含：

3）将绝缘拉杆局放测试电压和光阴恰当进步，记载观测区间波形数据。

以上研讨结果颁发在2021年第2期《电气技术》，论文题目为“500kV高压开关装备隔分开关绝缘拉杆故障阐发”，作者为于晓翔。