GIS封闭母线放电故障原因分析及处理

1 设备概况

万家寨水电站220 kV GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）为ZF6-252型设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、母线、电压互感器、电流互感器、套管、电缆终端、避雷器、伸缩节等元件，组合电器主接线采用双母线分段接线方式。

2 故障概况

2016-04-25，1号发电机运行状态，有功功率为154 MW，21：19：49，中央控制室上位机报“1号主变纵差保护动作，开关站1号主变高压侧201断路器A相合闸信号复归，开关站1号主变高压侧201断路器C相分闸信号动作，1号机发电态复归，1号机空载态动作，1号机电气故障。”

3 故障排查

3.1 外观检查

检查发现，1号主变压器高压侧201断路器、低压侧801断路器三相均已跳闸，1号主变压器保护柜差动保护动作指示灯亮，主变压器高压侧GIS进线左侧第1段过渡封闭母线底部有明显放电痕迹，见图1。

图1 过渡封闭母线放电位置

3.2 解体检查

进一步解体检查，发现放电发生在导体连接触头与罐体之间，在罐体内壁有喷溅灼伤痕迹，绝大多数融化的电极在罐体下部形成片状固体，罐体内部飘落很多放电时产生的粉尘，见图2，触头屏蔽罩烧毁、电极融化，见图3。

图2 放电封闭母线解体图

图3 放电触头

4 原因分析

经分析，此次放电故障是GIS不清洁所致，电极间的粉尘颗粒导致SF6气体间隙被电弧击穿，放电通道为触头屏蔽罩—气隙—罐体内壁[1]。

通过对ZF6-252型主母线导体、屏蔽罩及罐体的电场强度计算分析[2]可知，触头屏蔽罩圆弧端面处电场强度略高于其他位置，电位等值云图分布见图4，电位移矢量分布图见图5。

图4 电位等值云图分布

图5 电位移矢量分布图

在进行GIS现场安装及充放SF6气体过程中，会将部分粉尘颗粒带入罐体内。GIS投运后，罐体内的粉尘颗粒在电场力的作用下向电场较强的触头区域移动。随着设备运行时间增加，越来越多的粉尘颗粒聚集在触头或悬浮其附近，进而产生微弱的局部放电。随着局部放电的发展，触头局部放电区域产生导电粒子浓度逐渐变大，当这些导电粒子扩散到高压电极与罐体之间，气体的绝缘强度逐渐降低，最终在高电压作用下气体被击穿形成电弧，产生较大的瞬时短路电流，烧毁了触头连接，并在罐体内表面产生放电痕迹[3]。

5 处理措施

（1）做好安全防护措施并明确人员可活动范围，设置隔离带，装设遮拦并悬挂标示牌。

（2）回收SF6气体及解体设备。拆除气体管路、阀门，拆除跨接波纹管的短接板、三相短接排；压缩母线波纹管，拆解共箱封闭母线及内部导体，清理罐体及波纹管内部波纹。

拆卸与主母线气体管路连通的分相母线，检查内部粉尘情况并清理，如内部无粉尘，其他两相母线无须开罐检查；更换故障母线，用高纯氮气清洗气体管路、阀门，按照拆解的逆顺序回装，回装过程中要严格保持GIS设备的清洁度。确保法兰和封盖表面不能有灰尘，清洁法兰金属密封面，用真空吸尘器清洁气体间隔，检查凹槽和密封面是否损坏；在导体的连接过程中，不允许灰尘或金属粉末进入组件，接触面不应有损伤，清除导体表面残留的油脂，涂上一层薄薄的凡士林。

（3）更换吸附剂及密封圈。

（4）更换吸附剂后立即抽真空。抽真空至40 Pa，继续抽0.5 h，停泵2 h后检查真空，不大于133 Pa即为合格[4-5]。

（5）充额定压力SF6气体[6]。注气前应对每瓶SF6气体作微水检测；充气时必须使用减压阀，不能用气瓶直接充气；充气时要用专用的清洁管路；充气时先拧开SF6气瓶，放出少许气，以免将空气充入GIS设备内。

6 检修效果

故障处理后，对重新注气的气室进行SF6气体检漏、微水试验，气室无漏气且微水含量满足规程要求。随后进行耐压试验，耐压顺利通过。设备投运后，定期对相关设备进行巡检，无异音、无异味，保护及指示信号均正常。

7 建议

本文通过对故障封闭母线进行解体检查，分析母线放电原因，并及时进行了故障处理，设备运行至今状况良好，有效延长了设备安全稳定运行周期，减少了电站非计划停机次数和时间，保证了机组出力。

此次故障暴露出设备安装工艺质量控制不严格等问题，建议在今后的工作中，应严格控制安装工艺质量：

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