黃勝茂

(臺山核電合營有限公司，浙江 臺山 529200)

1 廠用變壓器外部閃絡情況描述

初步分析認為，A、B相套管外SF6氣室存在雜質(zhì)，隨后回收SF6并對SF6氣室進行拆卸觀察。

2 故障查找及分析

2.1 全封閉組合電器結構簡介

全封閉組合電器(GIS)氣室是全部采用SF6氣體作為絕緣介質(zhì)，并將所有的高壓電器元件密封在接地金屬筒中的一種金屬封閉開關設備。它是由斷路器、母線、隔離開關、接地開關、電壓互感器、電流互感器、避雷器及套管組合而成的高壓配電裝置，此次試驗的變壓器采用油-氣(SF6)高壓套管，套管頂部與外部GIS設備采用直連方式對接，試驗前將套管與GIS連接直連段拆除，安裝試驗用的臨時均壓罩，并對氣室充入合格SF6氣體，氣體壓力及微水均合格。

吊開GIS氣室，對試驗變壓器的高壓套管表面和GIS氣室內(nèi)壁進行外觀檢查，套管表面未見明顯放電灼黑痕跡，但在GIS氣室內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)放電痕跡即黑色點跡。

經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，放電點與均壓罩距GIS氣室法蘭面的距離相等，因此初步判斷是均壓罩對GIS筒壁發(fā)生放電。

2.2 成因分析

為進一步確定是否是試驗均壓罩對GIS氣室內(nèi)壁放電，可從以下兩方面進行分析。

2.2.1 試驗均壓罩處的場強分布情況

GIS氣室內(nèi)壁是電場最小的位置，場強最大的位置是油氣套管頂部、柱狀均壓罩表面，如圖1所示。

圖1 柱狀均壓罩結構圖

整個試驗罩處可看成一個同軸帶電體，其表面場強分布可通過高斯定理模型來進行分析：

(1)安裝了GIS的柱狀均壓罩，其可近似等效為均勻帶電無限長圓柱面的電場。假設沿軸線方向單位長度帶電量(電荷的線密度)為τ，軸體的半徑為r(r取200 mm)。圓周率為π，介電常數(shù)為ε0，E1為電場強度，S是為圓柱體截面積，l為柱體高，則穿過圓柱面的電場強度矢量E的通量為：

(1)

根據(jù)場強定義，單位場強等于單位帶電量與單位距離的比值，此時的場強E1為：

E1=τ/(2πε0r)

(2)

(2)安裝了半球型的均壓罩，其可近似等效為均勻帶電球體的電場，此時電通量為：

(3)

因電荷量∑qi=q即E24πr2=q/ε0，則此時的場強E2為：

E2=q/(4πε0r2)

(4)

所以，只需通過比較二者的場強大小就可判斷是否GIS試驗罩更容易放電，即只需比較λ與q的大小。對于均勻帶電圓柱面的電場，近似認為圓柱體高h=2r，帶電量密度為ρ，則其帶電量λ=πr2hρ=2πr3ρ，而均勻帶電半球體的電場其帶電量q=2/3·πr3ρ，則E1/E2=6r>1 (r為0.2 m)，即E1>E2，則可得出均勻帶電無限長圓柱面的電場是大于均勻帶電球體電場。因此，現(xiàn)場GIS的柱狀均壓罩要比油氣套管的半球型均壓罩的場強大(E1>E2)，更容易發(fā)生擊穿和放電。因此，油氣套管頂部、試驗屏蔽罩表面對GIS氣室發(fā)生放電是可能的。

2.2.2 試驗均壓罩的結構

試驗現(xiàn)場使用的柱狀均壓罩表面存在棱邊和圓弧，加之制造工藝的偏差，試驗罩表面不可能完全光滑，導致這個棱角面的場強分布不均勻，從而造成對GIS內(nèi)壁的放電。因此，可初步判斷是由于均壓罩選型錯誤造成此次局部放電試驗過程中發(fā)生對GIS氣室內(nèi)壁的放電。

為此，要求變壓器廠家提供一個半球型試驗均壓罩，如圖2所示。從而改變試驗罩表面處的場強，避免均壓罩對GIS氣室內(nèi)壁放電。

圖2 優(yōu)化后的半球型均壓罩外形圖

3 優(yōu)化試驗裝置試驗結果

為了驗證上述假設，通過更換為半球型均壓罩，再次試驗。試驗前，對GIS氣室和試驗裝置進行充分清潔，同時對變壓器本體進行絕緣特性試驗，測量介質(zhì)損耗(簡稱“介損”)和電容量，并將試驗數(shù)據(jù)與局部放電前的數(shù)據(jù)作對比，結果見表1。

由表1可以看出：(1)絕緣電阻在換算至同一溫度時不低于出廠值的70%；(2)繞組介損與出廠值相比不大于30%；在室溫不低于10 ℃時，套管介損不大于0.5%，電容量變化不超過出廠值的±5%；(3)繞組的絕緣電阻、介損和電容量均在標準范圍內(nèi)。

因此，可確定第一次局部放電試驗后變壓器的絕緣特性未受影響。同時對SF6氣體進行測量，試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 變壓器本體絕緣試驗數(shù)據(jù)

表2 第二次局部放電試驗前SF6氣體試驗數(shù)據(jù)

表3 高壓繞組局部放電試驗數(shù)據(jù)

從表3可知，A、B、C三相的局部放電量均滿足交接試驗協(xié)議要求(≤100 pC)[1]，試驗數(shù)據(jù)合格。

按照相同的試驗裝置和試驗接線，在1號廠用變壓器上進行長時感應耐壓和局部放電試驗，試驗順利通過，表明現(xiàn)場的試驗裝置是正確可行的。

4 結論

(1)原試驗裝置在發(fā)生閃絡后，分析方向不明確，且無有效手段處理，處理周期長，且反復試驗存在損壞設備的風險，另外多次請專業(yè)機構試驗需要較高費用；新試驗裝置一次試驗成功，節(jié)約大量工期(約20多天)，因此也節(jié)約了成本。

(2)優(yōu)化后的試驗裝置已經(jīng)在某核電廠項目1、2號機組輸變電系統(tǒng)(GEV)共計12臺500 kV變壓器上成功實施，未發(fā)生一起外部閃絡現(xiàn)象，局部放電試驗均一次順利完成，加快了安裝進度；變壓器的局部放電量均控制在100 pC以內(nèi)。

(3)該試驗裝置簡單實用，質(zhì)量工藝易于控制，安全系數(shù)高，保證了500 kV變壓器局部放電試驗工作的順利完成；同時，為某核電廠500 kV倒送電創(chuàng)造了條件，也為1號機組后續(xù)重要里程碑奠定了基礎，經(jīng)濟效益可觀，具有廣泛的推廣應用價值。