一起500kV GIS隔离开关内部击穿故障原因分析

[摘 要]本文简要介绍了某电厂500kV GIS隔离开关的支柱绝缘子内部击穿故障，分析了该内部绝缘故障可能的原因，绝缘子存在内部局部缺陷、绝缘子与金属嵌件交界面缝隙等原因导致放电，并提出了相应的对策和建议。

[关键词]GIS;支柱绝缘子;故障分析

中图分类号：D035 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0305-01

0 引言

GIS设备作为保障电网可靠运行的关键电力设备，在110kV及以上变电站、电厂中均有着广泛的应用。如果发生故障，势必造成电厂或变电站停电，甚至引起系统事故，造成区域大面积停电。因此，准确及时地分析与处理GIS故障对保障电网的安全运行具有重要的意义。

1 事故概况及故障后检查情况

1.1 保护动作情况

2015年10月23日2点03分，某电厂500kV Ⅰ母跳闸，Ⅰ母上的5011、5021、5031、5041、5051开关跳闸，现场检查Ⅰ母第一套、第二套A相母线差动保护动作， GIS设备外观检查未发现异常，通过母差保护、机组故障录波器的录波及动作事件，初步分析判断500kV Ⅰ母A相发生接地短路。

1.2 现场检查与试验情况

电气检修人员对GIS设备中与I母线相关开关、母线进行检查未见异常，没有发现短路接地的痕迹。检查各气室SF6气体压力及进行微水测试数据均无异常。对故障区域做SF6气体成分检测，发现50311 A相刀闸气室特征气体含量比其它气室明显偏大，判定该气室为故障气室。

2 事故气室现场解体情况

事故发生后，在现场对该闸刀气室进行解体检查。

解体发现该气室内部遗留大量粉尘，如图1（a），该粉末主要成分为AlF3，其呈白色，为SF6气体在电弧放电高温下与GIS导体、腔体材料中的Al反应产生的。

50311A相闸刀的支柱绝缘子（正常运行时，该支柱绝缘子位于水平方向）破裂，绝缘件与金属嵌件完全脱离，如图1（b）。将部分破裂的支柱绝缘子进行初步拼接如图2所示。由2（a）可见该部分支柱绝缘子表面仍呈乳白色，无明显闪络痕迹。2（b）可看出绝缘子整个内部有明显电弧灼烧痕迹，中央部分几乎完全被电弧灼烧呈黑色，且绝缘子碎片有从内向外呈辐射状炸裂痕迹。

与支柱绝缘子相连的高低压金属嵌件均被严重烧蚀，如图3所示，初步判断为电弧贯通整个支柱绝缘子后继续发展进而灼烧周围金属材料所形成的。

3 故障原因分析

故障支柱绝缘子内部电弧烧蚀碳化现象明显，而其外部未发现明显闪络放电痕迹，且该GIS已连续安全运行9年，因此基本排除支柱绝缘子因表面杂质、脏污等安装原因所引起的表面闪络导致击穿放电。

从电弧痕迹和破坏情况初步分析认为，支柱绝缘子炸裂应为支柱绝缘子内部击穿导致，支柱绝缘子故障可能由其内部局部缺陷、绝缘子与金属嵌件交接面缝隙等原因所造成的。

3.1 内部局部缺陷

支柱绝缘子常见的内部局部缺陷有空穴、材料杂质等，这些微小缺陷有可能存在于支柱绝缘子安装之前，也有可能因支柱绝缘子因长期在强电场、大电流作用下而逐渐劣化所产生的。

当支柱绝缘子存在着内部的局部缺陷时，缺陷附近电场集中将产生局部放电，进而诱发形成电树枝，即树枝状放电破坏通道。在GIS运行条件下，因其导通电流较大，一旦支柱绝缘子内部发生击穿放电，将迅速转变为电弧放电，使支柱绝缘子内部被烧蚀碳化。

3.2 交界面存在缝隙

在支柱绝缘子与高压端、低压端金属嵌件之间的交界面是SF6气体、绝缘材料以及金属的结合处，电场非常集中，称为三结合点。支柱绝缘子安装时可能与金属嵌件之间有一定的缝隙存在，该缝隙内将易于产生气隙放电或在缝隙内凸点位置产生电晕放电。该放电会加剧支柱绝缘子的劣化，最终导致支柱绝缘子的击穿。

4 预防措施

（1） 绝缘件内部缺陷引起的局部放电导致故障的可能性最大。因此要求制造厂家要加强质量控制，严把质量关，严格对每批次材料和零部件进行检验，防止绝缘件在生产和装配工艺上的缺陷。

（2）为了能够及时发现GIS的缺陷和故障，设备投运前应严格按照《电力设备交接和预防试验规程》进行老练和耐压试验，在设备运行过程中定期进行气体分解产物检测和特高频局部放电检测，为设备主绝缘状态的分析判断提供有效的技术手段。

5 结论和建议

某电厂发生的母线差动保护动作跳闸事件是因为隔离开关中支撑绝缘子内部击穿放电引起的。为了减少此类故障再次发生的概率，应该提高产品设计、制造工艺水平，保证运输安装质量，保证交接试验质量，加强运行维护和技术监督工作等方面。

参考文献

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