文/鄧曲波

0 引言

氣體絕緣輸電線路（GIL）在我國(guó)一些水電站和核電站應(yīng)用，具有輸送容量大、損耗小、使用壽命長(zhǎng)、高可靠性和高安全性等突出特點(diǎn)。近年來(lái)，我國(guó)投入運(yùn)行500kV 的電站在短距離輸送電時(shí)采用這種設(shè)備。由于全密封結(jié)構(gòu)的GIL 造價(jià)成本高，內(nèi)部故障情況無(wú)法直觀判斷，恢復(fù)供電慢，事故處理費(fèi)用高，而且常用絕緣氣體SF6具有極強(qiáng)的溫室效應(yīng)，這些缺點(diǎn)阻礙了GIL 在長(zhǎng)距離輸送電線路網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用。

1 案例情況簡(jiǎn)介

2020年7月，中國(guó)南方某核電站新安裝3號(hào)主變側(cè)500kV 的GIL 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交接例行交流耐壓試驗(yàn)，該產(chǎn)品型號(hào)為ELK-3型，由國(guó)內(nèi)某開(kāi)關(guān)有限公司生產(chǎn)。試驗(yàn)方法參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7674-2008《額定電壓72.5kV 氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備》、GB50150 - 2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》，以產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定出廠試驗(yàn)電壓值的80%作為現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)電壓，為592kV,三相分別從開(kāi)關(guān)站GIL 側(cè)的試驗(yàn)套管處進(jìn)行加壓，試驗(yàn)前在GIL 各段安裝擊穿定位儀?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)加壓路徑如圖1所示，試驗(yàn)加壓程序?yàn)椋?18kV(2min)→400kV(10min)→500kV(5min)→59 2kV(1min)→381kV(局部放電測(cè)試)。

試驗(yàn)結(jié)果：C 相耐壓未通過(guò)，第一次加壓至500kV 持續(xù)1分45秒時(shí)放電，第二次加壓至260kV時(shí)放電；B 相耐壓未通過(guò)，第一次加壓至587kV 時(shí)放電，第二次加壓至313kV 時(shí)放電，第三次加壓至286kV 時(shí)放電；A 相592kV 一分鐘耐壓試驗(yàn)通過(guò)，局部放電測(cè)試完成，G01與G02隔盆連接處局部放電數(shù)為47.7dBμV，其他位置在23dBμV 左右。BC 兩相每次放電后復(fù)測(cè)絕緣電阻，其絕緣電阻值無(wú)明顯變化。

圖1 案例GIL試驗(yàn)加壓路徑

2 案例GIL 擊穿原因調(diào)查

在試驗(yàn)過(guò)程中，從現(xiàn)場(chǎng)布置的擊穿定位儀采集到較高的幅值數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

表1 案例GIL C相疑似放電位置幅值數(shù)據(jù)

表2 案例GIL B相疑似放電位置幅值

從表1可看出，C 相安裝單元號(hào)SD10196至SD10197段的幅值均為最高，初步判斷該段內(nèi)部絕緣可能被擊穿，判斷為主放電點(diǎn)，安裝單元號(hào)SD10211至SD10212段幅值較低，判斷為疑似放電點(diǎn)。從表2可看出，B 相安裝單元號(hào)SD10154至SD10155段的幅值均為最高，SD10164至SD10165段的幅值明顯減 弱，SD10176至SD10177段的幅值未發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，初步判斷SD10154至SD10155段內(nèi)部絕緣可能被擊穿，判斷為主放電點(diǎn)，SD10164至SD10165段判斷為疑似放電點(diǎn)。另外，對(duì)B、C 相主放電點(diǎn)、疑似放電點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)的氣室進(jìn)行了SF6氣體成份和純度分析，結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)異常（見(jiàn)表3）。

表3 案例GIL SF6分解產(chǎn)物及純度

經(jīng)分析，SF6分解產(chǎn)物成分及純度未超標(biāo)，說(shuō)明放電能量較低，少量分解產(chǎn)物可能被吸附劑所吸收。

2020年7月25日，經(jīng)該核電站工程部、ABB廠家、安裝單位及試驗(yàn)單位商討處理方案后，現(xiàn)場(chǎng)拆解各相的主放電點(diǎn)和疑似放電點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的安裝單元發(fā)現(xiàn)，B、C 兩相主放電點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氣室內(nèi)部吸附劑盒子都掉落在管道底部，且吸附劑盒子在壓環(huán)位置整體斷裂，吸附劑顆粒散落在相鄰的管道內(nèi)部，吸附劑盒、插接觸頭屏蔽罩、導(dǎo)體及殼體內(nèi)壁均有明顯放電痕跡（見(jiàn)圖2）。B、C 相疑似放電位置未發(fā)現(xiàn)任何放電痕跡。

圖2 案例GIL B、C相放電情況

A 相疑似局放信號(hào)位置（SD10106和SD10107對(duì)界面處）發(fā)現(xiàn)吸附劑盒子環(huán)邊開(kāi)裂，但未掉落，少許吸附劑顆粒散落在管道內(nèi)部及盒子蓋上（見(jiàn)圖3），該位置的隔離絕緣盆子兩側(cè)均未發(fā)現(xiàn)放電痕跡。

圖3 案例GIL相吸附劑盒子環(huán)邊開(kāi)裂

3 原因分析及處理

從現(xiàn)場(chǎng)解體結(jié)果來(lái)看，在壓環(huán)位置整體斷裂的塑料吸附劑盒子掉落在GIL 殼體內(nèi)底部是造成本次耐壓擊穿事故的直接原因。吸附劑盒的掉落導(dǎo)致筒內(nèi)由單純氣體絕緣變成氣體和固體的混合物絕緣，不同的介質(zhì)形成了不同的介電常數(shù)，耐壓試驗(yàn)時(shí)不均勻電場(chǎng)也隨之產(chǎn)生，第一次耐壓之后的放電電壓也降低。

經(jīng)廠家技術(shù)人員確認(rèn)，吸附劑盒子斷裂且掉落的原因是該位置安裝的堵蓋選配錯(cuò)誤（見(jiàn)圖4）。

圖4 吸附劑盒子與堵蓋安裝

選配錯(cuò)誤的堵蓋朝向吸附劑塑料盒安裝面有10°凸面，直徑為100mm（見(jiàn)圖5），這直接擠壓到塑料吸附劑盒環(huán)邊法蘭及吸附劑盒蓋上，塑料吸附劑盒環(huán)邊法蘭厚度約2mm，而法蘭環(huán)邊圓角過(guò)渡處壁厚小于2mm（見(jiàn)圖6），當(dāng)朝向吸附劑塑料盒的金屬堵蓋經(jīng)螺栓緊固時(shí)，其鎖緊壓力作用在塑料吸附劑盒環(huán)邊法蘭平面及其圓角過(guò)渡處，盒子被擠壓變形受損致使吸附劑盒子掉落。

圖5 案例GIL堵蓋結(jié)構(gòu)

圖6 案例GIL吸附劑盒結(jié)構(gòu)

經(jīng)廠家更正后，堵蓋在設(shè)計(jì)上朝向吸附劑塑料盒的安裝面設(shè)計(jì)為平面，且加工深度為2.3mm 的凹面，直徑為116mm（見(jiàn)圖7），堵蓋平面與塑料吸附劑盒法蘭邊沒(méi)有壓迫接觸，兩者間隙有0.6mm（見(jiàn)圖8），避免了堵蓋螺栓緊固時(shí)的擠壓力。更正后的塑料吸附劑盒與堵蓋選配實(shí)物見(jiàn)圖9。

圖7 更正后的GIL端蓋設(shè)計(jì)

圖8 GIL端蓋與吸附劑盒安裝

圖9 更正后的GIL堵蓋與吸附劑盒實(shí)物

4 GIL 耐壓擊穿防范措施

總結(jié)上述分析可知，吸附劑盒斷裂掉落是導(dǎo)致案例事故的直接原因。3號(hào)主變側(cè)GIL 母管吸附劑裝置因所有堵蓋選型錯(cuò)誤，需將所有堵蓋（共24個(gè)）進(jìn)行重新更換。應(yīng)業(yè)主要求，將GIL 母管所有氣室SF6氣體全部回收，按照實(shí)際回收的順序依次對(duì)所有氣室的堵蓋和吸附劑盒進(jìn)行更換，更換完成的氣室及時(shí)進(jìn)行抽真空、充氣、檢漏及微水純度檢測(cè)處理。近年來(lái)，某開(kāi)關(guān)公司生產(chǎn)的GIL 在全國(guó)范圍內(nèi)都得到廣泛應(yīng)用，本文案例事故源于吸附劑選配錯(cuò)誤，廠家暫時(shí)認(rèn)定為個(gè)例事件。為防止類似設(shè)備故障影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，建議已使用或即將使用此類產(chǎn)品的電站加強(qiáng)監(jiān)控，必要時(shí)盡量配合檢修，逐步確認(rèn)及更換缺陷產(chǎn)品；同時(shí)建議制造廠嚴(yán)格對(duì)生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量及現(xiàn)場(chǎng)配合技術(shù)安裝嚴(yán)格把關(guān)，防止缺陷產(chǎn)品應(yīng)用到運(yùn)行設(shè)備中，避免設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)生事故。

2020年9月，本文案例中的核電站將吸附劑盒進(jìn)行更換處理后對(duì)GIL 重新進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程未出現(xiàn)放電現(xiàn)象。本文通過(guò)對(duì)新安裝GIL 在例行高壓試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的放電現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)例事故分析，希望能夠供廣大GIL 用戶和試驗(yàn)人員參考借鑒。