充气柜母线接地故障案例分析与处理

0引言

充气柜是将高压元件如母线、断路器、隔离开关、互感器等密封在充有较低压力SF6气体或其他气体的壳体内^[1]。充气柜很少受外界环境影响,且使用压缩气体绝缘,有利于其向小型化方向发展。充气柜能够大大减少维护和检修工作量。传统技术在气体绝缘开关设备局部放电故障定位中应用效果不佳,不仅定位误差比较大,而且故障定位耗时较长,无法达到预期的定位效果^[2—3]。对于35 kv充气柜局部放电问题可用暂态地电压、特高频、超声波相结合的带电检测方法,以进行带电检测、故障定位、综合分析、停电处理,以提高充气柜局部放电带电检测的准确性,保证充气柜可靠运行^[4]。也可应用特高频法发现充气柜放电信号,结合超声波法和特高频时差法进行定位,对充气柜套管放电缺陷进行分析定位能够确定放电原因并最终验证检测结果^[5]。深度挖掘35 kv充气柜穿柜套管故障发生的原因,对处理或预防35 kv 充气柜穿柜套管故障能得到有效应对措施,避免充气柜穿柜套管故障频繁发生^[6]。

1案例简介

2023—01—20T19:40,某110 kV变电站35 kV Ⅱ母发出A相接地故障告警信号,经检修人员、运维人员沟通后,确定该段母线无法继续运行。经调度人员许可后,现场拉开母联400断路器(表1),35 kV运行方式由35 kV I母、Ⅱ母并列运行切换为35 kvI母运行方式,现场35 kV Ⅱ段母线A相接地故障告警信号消失。该110 kV变电站一次接线图如图1所示。

2 案例分析

2.1 现场检查情况

2023年2月3日,组织对该110 kV变电站35kV Ⅱ段母线A相接地故障告警信号开展现场检查,检查时4002隔离开关合位,400断路器分位。一是拆除柜顶母线封板,对35 kV Ⅱ母母线及C型套管外观进行检查,外观无破损,无放电痕迹。二是对35 kV Ⅱ母进行绝缘测试,测试结果显示35 kV Ⅱ母A相接地,绝缘电阻值为0 MΩ,35 kV Ⅱ母B、C相绝缘电阻值检测正常且良好。三是将A相整段母线拆除,对35 kV Ⅱ母所属所有充气柜顶绝缘件进行绝缘电阻测试,绝缘电阻值均合格。将拆除的全绝缘管母解体,分段进行绝缘电阻测试,试验数据均合格,排除35 kV Ⅱ母母线故障。四是对35kV Ⅱ母所属4001、400、406、408、4X24充气柜逐台进行绝缘电阻测试,在对400充气柜进行测试时发现,分开4002隔离开关时,绝缘电阻值数据良好,当合上4002隔离开关时,绝缘电阻降至0 MΩ,显示接地告警信号,因此判断接地点处于400断路器真空泡至4002三工位之间,接地点位于气室内部,需对气室进行解体检修。

该110 kV变电站35 kV充气柜内部使用了同批次绝缘件的4001、400、406、408共计4面充气柜,随即开展返厂解体检修,并进行现场出厂验收。

2.2 返厂检查及试验情况

2023年2月24日,对该110kV变电站35kV母联400 充气柜气室内部A相接地故障开展解体检修检查。

一是核查400充气柜前、后柜门的封条情况,经核查封条确无损坏。二是打开400充气柜气室前对柜内气体进行气体成分测试及湿度测试,试验结果均正常。三是将400充气柜内的4002隔离开关气室和400断路器气室的后盖板拆除,检查气室内绝缘件、导电部分正面均无明显异常。四是对400充气柜绝缘电阻进行测量,将400断路器及4002隔离开关拉开,分别测量顶部母线C型套管至隔离开关室、隔离开关室至断路器室、断路器室至出线C型套管,现场试验绝缘电阻均正常,判断绝缘存在自恢复情况。五是结合2023年2月3日在该110 kV变电站现场检查情况,判断故障点位于4002隔离开关与400断路器之间,遂将4002隔离开关与400断路器之间的穿屏套管及绝缘子拆除,发现A相穿屏套管靠断路器气室侧有轻微放电痕迹,如图2、图3所示。痕迹位于靠断路器操作机构侧,故拆除400断路器气室后盖板无法直接发现。由此,基本判断该穿屏套管靠断路器气室侧有放电痕迹处为唯一故障点。

2月25日,继续开展后续检查。一是检查了厂家生产车间环境、装配工艺、外购件管理、入库检测,未 发现明显问题。二是见证了400充气柜更换A、B、C三相穿屏套管后回路电阻、机械特性、工频耐压、局部放电检测试验结果均正常,如图4所示。三是更换同批次穿屏套管(400、4001、406、408)共计12支,并完成全部出厂试验。四是对更换后的12支穿屏套管逐支进行探伤试验(X光),均未发现异常。五是对原拆除的12支穿屏套管进行(含原400A相故障穿屏套管)探伤试验(X光),均未发现异常。六是对穿屏套管的入场检验仅进行外观检查及探伤试验(X光),其他穿屏套管的出厂试验项目因条件受限无法开展单体试验,但工频耐压、局部放电、氦检漏等单体试验均可通过充气柜组装完成后的整体试验实现,并且试验要求高于出厂试验。七是对原400A相穿屏套管在空气中进行局部放电试验,发现该穿屏套管在电压升至12.6 kV时开始出现异常局部放电信号,正常穿屏套管40 kV才开始出现异常局部放电信号,故原400A相穿屏套管试验数据异常,为非合格件。八是对原400A相母排支撑绝缘子在空气中进行局部放电试验,试验数据无异常。九是现场见证了400充气柜更换穿屏套管后的全套出厂试验,试验数据均正常。

2月27日,继续开展后续检查。一是现场见证了406、4001、408充气柜更换穿屏套管后的全套出厂试验,试验数据均正常。二是对同批次穿屏套管涉及的工程项目进行排查,发现涉及另一个35 kV变电站新建工程项目,该项目已投运半年未发现类似问题。三是对穿屏套管供应商的电气性能(工频耐压、局部放电试验)出厂试验条件进行图片检查,其将单个穿屏套管置于专门的充满SF6气体的工装内完成出厂试验。

2.3 故障穿屏套管返厂解体检查

2023年3月,穿屏套管供应商对400A相故障穿屏套管开展解体检查,变电检修公司远程见证。一是外观检查发现放电位置位于套管上方导电铜棒锥度方向,表面环氧树脂有烧损点。二是对穿屏套管非放电位置分别开展横、纵向解体,内部均未发现任何放电痕迹及空隙。三是对穿屏套管有放电痕迹的位置进行解体切割,其放电痕迹靠导电部分侧也未发现内部绝缘介质存在其他放电痕迹及空隙,整个穿屏套管仅外表面存在放电痕迹,如图5所示。

2.4 故障原因分析

2023年1月13 日,该110kV变电站35kV充气柜冲击受电成功,并成功运行至2023年1月20日。在7天时间里,因母联400充气柜内A相穿屏套管靠400断路器气室侧外绝缘表面浇注存在无法通过绝缘件供应商的出厂试验以及充气柜供应商出厂试验得以发现的缺陷(肉眼无法观察到的微小气泡或细小缝隙),在带电运行的情况下,由于穿屏套管外绝缘表面缺陷处电场集中,导致了绝缘劣化,发生表面爬电情况,形成了由400穿屏套管下接线板至400穿屏套管表面放电点至400断路器气室与4001隔离开关气室之间气箱壁的对地放电通道,如图6所示。最终,导致了该110 kV变电站35 kV Ⅱ母A相接地的故障。

综上,该110 kV变电站35 kV Ⅱ母A相接地故障的直接原因为400充气柜内A相穿屏套管存在浇注工艺缺陷。因穿屏套管供应商的同批次产品及其他批次产品在使用中均未发现类似的问题,判断该问题为偶发性产品瑕疵,不具有普遍性。

3 监督意见及要求

1)建议供应商优化绝缘件浇注工艺、模具设计及过程管理,减少浇注过程表面缺陷,周转、搬运、安装等各环节应避免磕碰并做好防护工作。

2)绝缘件供应商在绝缘件出厂前应逐支进行工频耐压试验、局部放电带电检测,同时每批次绝缘件应做样件进行冷热循环及冷热冲击试验,确保缺陷能够提前且及时地发现。

3)加强充气柜出厂验收,加强外观及表面检查,优化检验方式。针对充气柜每支穿屏套管的入厂试验项目应包括工频耐压、局部放电、探伤试验(X光)^[7],同时充气柜内使用的所有支撑绝缘件、C型套管等绝缘件应全部开展入厂检测,出具有厂检报告,不允许以抽检代替。

4)该110 kV变电站35 kV全部8面充气柜质保期延长至5年。

[参考文献]

[1] 周能萍,刘剑.10kV充气式开关柜故障处理及安全防控对策研究[J].电工电气,2020(11):53-55.

[2]黄政宇.气体绝缘开关设备局部放电故障定位技术分析[J].电子元器件与信息技术,2023,7(10):30-32.

[3]杨雨薇,赵蓉,王柯,等.开关柜局部放电故障分析与处理[J].机电信息,2023(23):70-72.

[4] 李菁,王晓康.35kV开关柜局部放电问题研究[J].山东电力高等专科学校学报,2022,25(6):18-21.

[5]魏彬,孙彤,王欣,等.开关柜内局部放电原因分析[J].电工技术,2021(22):86-88.

[6]李建明.35kV开关柜穿柜套管故障原因分析[J].电力安全技术,2021,23(1):37-38.

[7]任双赞,曾肖明,吴经锋,等.基于TEV和超声波的开关柜局部放电便携式检测仪的研制[J].电测与仪表,2020,57(8):135-139.

2024年第15期第15篇