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铝基动力母线_在运行中的电动力等多种电磁

  润电能源科学技术的研究人员张建军、岳啸鸣、屈少平、卢炳均,在2020年第8期《电气技术》杂志上撰文,针对一起因220kV气体绝缘金属封闭开关设母线支柱绝缘子断裂缺陷,造成C相母线导体掉落,并对筒体放电,致使B、C两相短路,进而引发三相短路故障,导致#2母线差动保护动作跳闸事故,进行了诊断试验及解体检查。

  分析认为,#2母线支柱绝缘子浇筑过程中未严格执行工艺要求,机械强度降低,在运行中电动力作用下断裂是此次事故的主要原因,后提出了相应的改进措施及建议。

  气体绝缘金属封闭开关设(gas-insulated metal- enclosed switchgear, GIS)作为一种可靠的输变电设,具有结构紧凑、运行可靠性高和检修周期长的特点,在110kV及以上变电站、电中广泛应用。

  GIS用支柱绝缘子作为GIS中主要的绝缘部件,对管型母线等导体起机械支撑和电气绝缘的作用,其运行环境恶劣,不仅要承受短路电动力的作用,还要承受管母、附属金具荷载、机械操作冲击、热胀冷缩应力等作用,易在运行中发生倾斜、断裂、放电等问题。

  此外,GIS在制造、运输和安装过程中,其内部可能会因质量把控不严留下一些如金属微粒、绝缘件或内部紧固件松动和相对位移等缺陷,严重时会导致变电站、输电线路部分或全部停电,甚至人身伤亡,造成巨大的经济损失。

  近两年,国内多省份连续发生多起220kV GIS运行事故。本文介绍了一起220kVGIS母线支柱绝缘子缺陷导致三相短路故障的案例,分析了事故原因并提出了改进措施。

  天气晴,故障前运行方式为220kV双母线为分段开关(已锁定,不可分闸);2号主变、出线母线kV其他间隔设未投运,电气主接线所示。

  设基本情况:220kVGIS型号为ZF1-252,西安西电高压开关有限责任2015年5月生产,2015年12月投运,自投运以来未经历过不良工况。二次保护设220kV母线kV母线保护屏Ⅱ型号为PCS- 915A,南瑞继保生产。

  4月2日17:10,220kV #2母线kV #2母线间隔之间的过渡母线气室内部C相支柱绝缘子断裂,C相导体落于母线筒底部,掉落附近的筒体内部有严重的烧蚀痕迹。

  跳闸后,立即对故障的220kV #2母线相关设进行检查,未发现异常情况,铝基动力母线通过检查保护装置及动作信息确定本次两套保护装置均正确动作,判断220kV #2母线B、C相间故障,排除误动可能;对220kV #2母线相关设外观检查无异常,怀疑母线气室内部故障。

  对220kV #2母线间隔、出线间隔气室进行微水及气体组分测试,结果见表2,GM62气室中SO2特征气体组分含量为160L/L,远高于标准≤1L/L的要求,且相邻气室检测结果均为0,可判断220kV #2母线内部发生放电。

  1)291与202间隔之间的过渡母线气室内部C相支柱绝缘子断裂,C相导体落于母线筒底部,掉落附近的筒体内部有严重的烧蚀痕迹(如图3、图4所示)。

  2)B相(筒体下部)支柱绝缘子沿面对筒体放电(如图5所示),A相支柱绝缘子无异常。

  3)GM62和GM52气室之间的盆式绝缘子无异常,如图6所示,GM62气室也未发现其他可能引起内部故障的异常情况。

  母线处明显放电痕迹,分别对应于母线处放电位置。通过检查母线导体、支柱绝缘子和母线筒的放电痕迹,判断位置1为C相支柱绝缘子断裂后过渡导体对母线为B、C相母线导体间及B相沿支柱绝缘子直接对地放电,位置3为A、B、C相母线导体间放电。

  对故障的GM62气室6只支柱绝缘子进行了外观检查、X射线探伤检测,铝基动力母线均无异常;对完好的绝缘子进行工频耐压和局放试验,结果均合格;选取1支完好绝缘子进行抗弯曲试验,力矩达到5386Nm,满足不小于4900Nm的要求。

  追溯损坏的支柱绝缘子浇筑工艺流程记录,发现浇注工未及时将脱模产品放入烘箱进行二次固化,造成后固化时间缩短,不满足浇筑固化过程中温度保持127℃,时长16h工艺要求。

  环氧树脂浇筑工艺是保证支柱绝缘子性能的关键,固化时间不足可导致环氧树脂分子交链不充分、不均匀,从而使机械强度降低。固化时一炉共制作支柱绝缘子3只,进一步排查该炉剩余的2只支柱绝缘子,X射线检测未发现异常,但局放试验均不合格,达到120pC以上,被判废处理。

  检查断裂的支柱绝缘子金属底板与筒体螺栓连接部位,4条螺栓中有2条受力不均痕迹明显(如图9所示),说明在内安装及运行过程中受力不均,导体-支柱绝缘子-金属底板-母线筒体连接部位存在明显受力,并在运行中的电动力作用下终造成绝缘子断裂。

  母线筒体内重组断裂后的C相导体绝缘子,B、C相导体之间的放电痕迹位置朝向不完全重合,说明发生相间放电时B、C相的导体位置相比原始的安装位置已发生变化。检查断开的支柱绝缘子,在一侧断裂缝附近有放电喷溅痕迹,并沿外表面深入断裂面内部,但未覆盖全部断裂面,说明发生放电时该绝缘子已存在裂缝,但裂缝并不大,因此判断放电发生在绝缘子断裂之后。

  1)持续时间4ms,B、C相间短路,无零序电流。291和202间隔之间的C相母线导体支柱绝缘子因本身质量缺陷,在多种力量作用下出现断裂,C相导体因重力作用向B相移位,B、C相导电杆间绝缘距离不足发生短路。

  2)4ms至15ms,B、C相短路且对筒体(地电位)放电,零序电流逐渐增大。B、C相间短路发生4ms后,铝基动力母线电弧产生的金属蒸汽造成该气室内部绝缘下降,离相间短路点近的(仅20cm)B相支柱绝缘子发生沿面放电。

  该支柱绝缘子在母线筒下部,绝缘子闪络面正好面向B、C相间短路点,受金属蒸汽影响较大,导致绝缘子表面形成贯穿性的对母线筒体放电通道。另外,在金属蒸汽作用下,C相导体直接对母线筒放电。

  3)15ms至56ms,发展为三相短路,56ms后跳开三相开关。随着气室内部绝缘持续下降,A、B、C三相之间逐渐形成稳定的放电,并终形成三相短路。从现场放电痕迹看,A相主要通过导电杆对B相放电,B相通过导电杆与A相、C相间形成放电,终发展为三相短路,C相导体完全跌落于母线筒右侧底部。

  1)220kV #2母线支柱绝缘子未严格执行浇筑工艺要求,造成机械强度降低,在运行中的电动力等多种电磁、机械振动力量作用下出现断裂,产生位移,致使绝缘距离不足产生放电是此次事故的根本原因。

  2)此次事故检修中须更换220kV #1、#2母线全部支柱绝缘子,并根据现场检查情况更换金属底板,更换后测量导体与筒壁之间的距离,检查导体安装情况,确保导体-绝缘子-金属底板-筒壁之间的连接无受力情况。

  3)基建工程施工过程中,要求家加强GIS母线对接、内部安装环节的管理,提高安装质量。

  4)生产家需进一步加强产品制造质量管控,特别是对小型绝缘件按照要求进行全部绝缘试验,保证产品出质量。
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