王耀升，周 剛

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000）

500 kV交流輸電網(wǎng)承擔(dān)著我國(guó)超高壓電力輸送和能源分配的重要任務(wù)，是我國(guó)大電網(wǎng)的骨干和基礎(chǔ)[1]。500 kV 斷路器對(duì)超高壓輸電網(wǎng)的正常運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用，如果運(yùn)行斷路器存在缺陷或故障，可能會(huì)引發(fā)誤跳閘或越級(jí)跳閘的事件。為避免此類(lèi)事故的發(fā)生，斷路器質(zhì)量的管控非常重要[2]，包括設(shè)計(jì)的合理性、裝配工藝的要求、出廠驗(yàn)收、運(yùn)行過(guò)程中的巡檢和試驗(yàn)都應(yīng)該有嚴(yán)格的把關(guān)。本文以一起斷路器裝配質(zhì)量問(wèn)題引起跳閘的事件為例展開(kāi)分析和討論。

1 事件概況

2021 年6 月，某500 kV 變電站在線路復(fù)役操作過(guò)程中發(fā)生一起500 kV線路及母線跳閘事件。跳閘發(fā)生前該站運(yùn)行方式如圖1 所示，5051、5052 開(kāi)關(guān)冷備用，5061、5062開(kāi)關(guān)熱備用，其余500 kV系統(tǒng)為運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 500 kV變電站異常前一次接線圖

事件發(fā)生時(shí)，5006線、5005線在線路檢修后復(fù)役操作過(guò)程中，當(dāng)5062 開(kāi)關(guān)從檢修改為熱備用約4 min后，5004線、500 kV Ⅱ母相繼動(dòng)作跳閘，無(wú)負(fù)荷損失。

事件發(fā)生后，現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)5062、5063 開(kāi)關(guān)C 相氣室分解物異常，后續(xù)將開(kāi)關(guān)解體檢查，確定此次跳閘由開(kāi)關(guān)C相故障引起。

2 設(shè)備情況

該變電站為HGⅠS設(shè)備，開(kāi)關(guān)型號(hào)是ZF15-550，2015年6月投運(yùn)。其中5062開(kāi)關(guān)上次檢修時(shí)間2021年4 月， 5063 開(kāi)關(guān)上次檢修時(shí)間2020 年12 月，檢修結(jié)果正常。最近一次帶電檢測(cè)時(shí)間2021 年2 月，試驗(yàn)項(xiàng)目包括特高頻、超聲波局放檢測(cè)等，檢測(cè)結(jié)果無(wú)異常。

3 檢查分析與處理情況

為查明跳閘原因，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)一二設(shè)備展開(kāi)檢查與數(shù)據(jù)分析工作。

3.1 一次設(shè)備檢查情況

故障后，設(shè)備主人現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)500 kV Ⅱ母?jìng)?cè)5013、5023、5033、5043、5053、5063 開(kāi)關(guān)三相跳開(kāi)，500 kV Ⅱ母電壓為0。500 kV Ⅱ母、5004線間隔內(nèi)一次設(shè)備外觀檢查未見(jiàn)明顯異常。

對(duì)相關(guān)氣室進(jìn)行SF6氣體分解物測(cè)試，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)5062開(kāi)關(guān)C相氣室H2S含量為16 μL/L、SO2含量為 110 μL/L、CO 含量為 96 μL/L，5063 開(kāi)關(guān) C 相氣室SO2含量為142 μL/L、H2S含量為26 μL/L、CO含量為109 μL/L，其他氣室分解物檢測(cè)無(wú)異常。初步分析5062、5063開(kāi)關(guān)C相內(nèi)部放電擊穿。

在完成5062、5063 開(kāi)關(guān)C 相氣室氣體回收后，通過(guò)手孔蓋開(kāi)蓋檢查，發(fā)現(xiàn)5062、5063開(kāi)關(guān)C相氣室分布大量白色粉塵，5062 開(kāi)關(guān)C 相靠近Ⅱ母?jìng)?cè)的屏蔽罩與外殼之間存在放電痕跡，放電點(diǎn)接近屏蔽罩下方固定螺栓處。5063開(kāi)關(guān)C相放電位置與5062開(kāi)關(guān)C 相放電位置接近，但更靠近合閘電阻，同時(shí)合閘電阻存在破碎、掉落的情況。

5062 開(kāi)關(guān)B 相內(nèi)檢后耐壓試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生2 次放電現(xiàn)象，第一次耐壓放電電壓為450 kV，第二次耐壓放電電壓為466 kV，開(kāi)蓋檢查發(fā)現(xiàn)合閘電阻靠近機(jī)構(gòu)側(cè)屏蔽環(huán)上有放電點(diǎn)，且開(kāi)關(guān)殼體內(nèi)壁有少量黑色異物?，F(xiàn)場(chǎng)隨即對(duì)5061、5062、5063開(kāi)關(guān)的其他相進(jìn)行開(kāi)蓋內(nèi)檢及清理，主要包括異物檢查清理、螺栓緊固確認(rèn)、合閘電阻外觀檢查和阻值測(cè)量、絕緣件表面檢查等[3]。檢查中發(fā)現(xiàn)了多處異物，通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)各相合閘電阻值均偏高，接近標(biāo)準(zhǔn)值要求上限，其余位置無(wú)明顯異常。

3.2 二次設(shè)備情況分析

專(zhuān)業(yè)部門(mén)對(duì)保護(hù)動(dòng)作情況展開(kāi)分析。

5063 開(kāi)關(guān)第一次跳閘，5005 線（熱備用狀態(tài)）第一、二套線路保護(hù)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，故障相別C 相，故障測(cè)距0 km，故障電流26 kA。5004 線（單開(kāi)關(guān)運(yùn)行）第一、二套線路保護(hù)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，故障相別C 相，故障測(cè)距1.1 km，故障電流22.6 kA。

5063開(kāi)關(guān)重合后，5005線（熱備用）第一、二套線路保護(hù)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，故障相別C 相，故障測(cè)距0 km，故障電流25 kA。5004 線（單開(kāi)關(guān)運(yùn)行）第一、二套線路保護(hù)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，故障相別C 相，故障測(cè)距1.1 km，故障電流23.3 kA。500 kV Ⅱ母（運(yùn)行）第一、二套母差保護(hù)：差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，故障相別C相，故障電流23.5 kA。

相關(guān)開(kāi)關(guān)保護(hù)跟跳及重合閘均正確動(dòng)作，保護(hù)報(bào)文正確，后臺(tái)光字動(dòng)作正確無(wú)遺漏，二次回路無(wú)異常。

第一次跳閘的錄波如圖2 所示，5004 線C 相以及5005線C相短路電流波形與幅值一致，結(jié)合一次接線圖及保護(hù)動(dòng)作情況，初步分析短路電流依次流經(jīng)5063開(kāi)關(guān)C相、50631流變C相以及50622流變C相，判斷短路點(diǎn)位于5062 開(kāi)關(guān)C 相與50622 流變C相之間，與開(kāi)蓋檢查情況一致。

圖2 第一次跳閘保護(hù)動(dòng)作錄波

5063 開(kāi)關(guān)重合失敗跳閘的錄波如圖3 所示，5005線C相首先出現(xiàn)幅值較小的短路電流，分析認(rèn)為對(duì)側(cè)變電站5053開(kāi)關(guān)C相先重合閘，短路電流依次流經(jīng)線路、本站50622流變C相。經(jīng)40 ms后5004線、5005線C相均出現(xiàn)幅值較大的短路電流，此時(shí)本站5063開(kāi)關(guān)C重合閘，短路電流依次流經(jīng)5063開(kāi)關(guān)、50631流變及50622流變C相，短路點(diǎn)位置與第一次故障位置相同。

圖3 重合失敗跳閘保護(hù)動(dòng)作錄波

500 kV Ⅱ母跳閘的故障錄波如圖4 所示。除5063 開(kāi)關(guān)外與Ⅱ母連接的開(kāi)關(guān)C 相均出現(xiàn)不同程度的短路電流，跳閘前5063開(kāi)關(guān)處于分位，電流為0。初步分析判斷短路點(diǎn)位于5063 開(kāi)關(guān)C 相與50632 流變C相之間，與開(kāi)蓋檢查情況一致。

圖4 500 kVⅡ母跳閘保護(hù)動(dòng)作錄波

3.3 返廠檢查情況分析

為進(jìn)一步確定跳閘原因，相關(guān)部門(mén)對(duì)5062、5063開(kāi)關(guān)開(kāi)展了設(shè)備質(zhì)量追溯及返廠解體分析。

專(zhuān)業(yè)人員在廠內(nèi)對(duì)其他500 kV 變電站的ZF15-550 型開(kāi)關(guān)的出廠資料等文件進(jìn)行了檢查，資料整體上完備且滿足技術(shù)要求，產(chǎn)品出廠時(shí)已按反措開(kāi)展200 次磨合試驗(yàn)，其中合閘電阻阻值偏大問(wèn)題與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果一致，5063 開(kāi)關(guān)C 相雷電沖擊試驗(yàn)3次失敗，表明廠內(nèi)裝配工藝有待進(jìn)一步提升[4]。

返廠解體檢查發(fā)現(xiàn)主放電通道與現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)蓋檢查情況一致。在5062 開(kāi)關(guān)C 相靠近Ⅱ母?jìng)?cè)的屏蔽罩與外殼之間存在放電痕跡，屏蔽罩被燒蝕出一個(gè)直徑約11 cm 的孔洞，其中一串合閘電阻的連接銅辮被燒斷，外殼對(duì)應(yīng)位置也存在燒蝕。此外還發(fā)現(xiàn)了放電程度較弱的次放電通道，主放電通道電弧沿合閘電阻片間空隙漂移，在Ⅱ母?jìng)?cè)屏蔽罩、合閘電阻開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭側(cè)屏蔽罩、合閘電阻開(kāi)關(guān)靜觸頭座等對(duì)應(yīng)位置產(chǎn)生燒蝕。檢查發(fā)現(xiàn)，5062開(kāi)關(guān)C相合閘電阻動(dòng)觸頭座導(dǎo)向法蘭上的聚四氟乙烯導(dǎo)向環(huán)破碎、散落，動(dòng)觸頭座導(dǎo)向法蘭斷裂，斷裂部件磕碰變形較為嚴(yán)重，已無(wú)法復(fù)合，且對(duì)底部緩沖墊造成擠壓，在壓緊復(fù)位彈簧的另一側(cè)，合閘電阻動(dòng)觸頭座頂部也存在彈簧壓痕，并且發(fā)現(xiàn)合閘電阻側(cè)主斷口噴嘴導(dǎo)向件松脫，該導(dǎo)向件采用單向螺紋固定，螺紋無(wú)明顯損壞，分析松脫原因?yàn)檠b配時(shí)未安裝到位。

5063 開(kāi)關(guān)C 相靠近Ⅱ母?jìng)?cè)的屏蔽罩與外殼之間也存在放電痕跡，與現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)蓋檢查情況一致。部分合閘電阻片表面熏黑、開(kāi)裂、脫落，合閘電阻絕緣墊破損、變形、脫出。對(duì)2 串合閘電阻底部的壓緊彈簧拆解后進(jìn)行觀察測(cè)量，兩根彈簧的自由長(zhǎng)度存在輕微差別，可能存在變形。

對(duì)5062開(kāi)關(guān)B相的解體檢查發(fā)現(xiàn)2處放電通道，第一處位于開(kāi)關(guān)合閘電阻靠近Ⅱ母?jìng)?cè)屏蔽罩與殼體之間；第二處位于開(kāi)關(guān)合閘電阻靠近Ⅰ母?jìng)?cè)屏蔽罩與殼體之間。開(kāi)關(guān)內(nèi)部存在黑色塑料狀異物碎片，與現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)蓋檢查發(fā)現(xiàn)的異物性狀一致，為黑色聚四氟乙烯導(dǎo)向環(huán)碎片。根據(jù)圖紙結(jié)構(gòu)，開(kāi)關(guān)內(nèi)部共計(jì)四處采用黑色聚四氟乙烯材質(zhì)的導(dǎo)向環(huán)，分別位于滅弧室壓氣缸活塞（2處）、合閘電阻開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭座（1處）、開(kāi)關(guān)滅弧室遠(yuǎn)離機(jī)構(gòu)端連接導(dǎo)體（1處），其中合閘電阻開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭座導(dǎo)向環(huán)一端平整，另一端存在斷裂痕跡，斷面朝外側(cè)傾斜，開(kāi)口位置朝向動(dòng)觸頭座排氣孔，與圖紙要求（兩者錯(cuò)開(kāi)90°）不符。

4 跳閘原因分析

5062 開(kāi)關(guān)C 相第一次放電原因?yàn)楹祥l電阻動(dòng)觸頭座導(dǎo)向法蘭聚四氟乙烯導(dǎo)向環(huán)裝配不到位、破碎，引起導(dǎo)向法蘭運(yùn)動(dòng)受阻，在多次操作撞擊下導(dǎo)向法蘭斷裂，斷裂產(chǎn)生的金屬顆粒（主要成份鋁）在屏蔽罩內(nèi)引發(fā)電場(chǎng)畸變而發(fā)生氣隙放電。

第一次放電后，氣室內(nèi)部產(chǎn)生大量粉塵，且屏蔽罩燒蝕處電場(chǎng)嚴(yán)重畸變，在5063開(kāi)關(guān)跳閘重合后該處再次擊穿，電弧沿合閘電阻片間空隙漂移，引起屏蔽罩和殼體對(duì)應(yīng)部位燒蝕。

5063 開(kāi)關(guān)C 相故障原因是合閘電阻片裝配不良導(dǎo)致局部開(kāi)裂，當(dāng)5063開(kāi)關(guān)重合于故障時(shí)，開(kāi)裂的合閘電阻片在短路電流沖擊下破碎脫落，脫落的電阻碎片引發(fā)電場(chǎng)畸變，屏蔽罩對(duì)殼體擊穿放電，500 kV Ⅱ母跳閘。

5062 開(kāi)關(guān)B 相兩次耐壓放電的原因?yàn)楹祥l電阻動(dòng)觸頭座導(dǎo)向環(huán)裝配不符合圖紙要求，開(kāi)口位置朝向動(dòng)觸頭座排氣孔，在開(kāi)關(guān)分合過(guò)程中導(dǎo)向環(huán)一端松脫后伸入動(dòng)觸頭座排氣孔，被剪切后形成的碎片掉出屏蔽罩引發(fā)電場(chǎng)畸變而發(fā)生氣隙放電。

5 事件反思

本次500 kV變電站500 kV Ⅱ母及5004線故障跳閘以及檢查過(guò)程中暴露出的問(wèn)題表明生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品質(zhì)量管控尤其是裝配工藝管控方面存在不足。具體表現(xiàn)為：

一線裝配人員技能培訓(xùn)不足。導(dǎo)致本次異常發(fā)生的原因?yàn)榫鬯姆蚁?dǎo)向環(huán)裝配工藝不良與合閘電阻片裝配工藝不良，此類(lèi)工藝的裝配質(zhì)量主要有賴(lài)于裝配人員的技能與責(zé)任心，很難通過(guò)后續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)。

對(duì)裝配工藝的監(jiān)督體系建設(shè)不到位。本次檢查發(fā)現(xiàn)的主斷口噴嘴導(dǎo)向件松脫是后續(xù)檢查比較容易檢出的問(wèn)題，此外在文件檢查過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)水洗、烘干采用了臨時(shí)編制的記錄表。

裝配過(guò)程中的異物管控不足。對(duì)其他相斷路器開(kāi)蓋檢查發(fā)現(xiàn)多處異物、屏蔽罩螺栓異常磨損、5063開(kāi)關(guān)C相3次雷電沖擊出廠試驗(yàn)不通過(guò)、200次操作后的缺少影像記錄等問(wèn)題表明對(duì)異物管控不足。

裝配質(zhì)量控制的分析與總結(jié)不足。本變電站9相斷路器的合閘電阻阻值測(cè)試結(jié)果均偏大，個(gè)別阻值已接近技術(shù)要求的上限，但廠家未能重視這一情況，未對(duì)技術(shù)參數(shù)管控范圍制定的原理以及測(cè)試值普遍偏高的現(xiàn)象開(kāi)展分析。

6 結(jié)束語(yǔ)

高壓斷路器能夠開(kāi)合正常電流，切斷短路電流，及時(shí)限制事故范圍的擴(kuò)大，是供電系統(tǒng)中非常重要的一環(huán)，只有確保斷路器的正常工作，才能保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。此次因廠家裝配質(zhì)量問(wèn)題引起的跳閘事件為電網(wǎng)設(shè)備的選擇、質(zhì)量的把關(guān)、出場(chǎng)驗(yàn)收的要求敲響了警鐘。生產(chǎn)廠家應(yīng)該進(jìn)一步完善設(shè)備設(shè)計(jì)的合理性，加強(qiáng)設(shè)備裝配工藝的管控。驗(yàn)收單位應(yīng)該嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，杜絕殘次品，保證投運(yùn)設(shè)備的質(zhì)量。設(shè)備主人要持續(xù)做好專(zhuān)項(xiàng)特訓(xùn)、帶電檢測(cè)工作，切實(shí)保證設(shè)備狀態(tài)的高質(zhì)量管控。