一起252 kV GIS断路器异常发热缺陷分析

邱 炜，刘军军，马锡良，徐清鹏，周 波，罗 杨

(国网四川省电力公司成都供电公司，四川 成都 610041)

0 引 言

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear，GIS)将断路器、隔离开关、接地开关、母线、CT等部件密封在金属腔体内，具有占地空间小、运行可靠性高、维护量小等优点，在电力系统得到了广泛的应用[1-3]。近年来，GIS设备发热故障屡见不鲜，已造成多起设备停运事故。因此，加强GIS设备发热缺陷故障的检测与分析具有重要意义[4-9]。

下面介绍一起252 kV GIS断路器罐体异常发热缺陷，分析了该处缺陷的主要原因，提出了诊断GIS断路器异常发热缺陷的方法措施，并给出设备运行维护建议。

1 故障概况

2020年4月11日16时11分，某220 kV变电站运行人员发现220 kV 263断路器A相GIS壳体异常发热，热点温度达40 ℃，B、C相及环境温度为22 ℃，红外图谱见图1。

该设备型号为ZF11-252(L)，为三相分体设备，由新东北电气集团高压开关有限公司生产，于2013年12月投运。

发生缺陷时，该变电站运行方式为220 kV分列运行，263、265、201断路器运行于Ⅰ母，266、264、202断路器运行于Ⅱ母。

历史操作信息：263断路器近5年共动作12次，最近一次操作为2019年4月25日合闸。

历史缺陷信息：2019年11月10日，263断路器本体A相温度较其他两相略微偏高(2 ℃)，检修人员于2019年11月12日开展超声波、特高频测试，均未发现异常，三相气压表正常。

图1 263断路器A相红外图谱

2 试验诊断

在接到缺陷信息后，检修人员开展了现场检查，发现该断路器A、B、C三相气室气压不平衡，A相气压为0.65 MPa，B、C相气压为0.63 MPa，测量数据见表1。负荷电流三相平衡无异常。

19：10，对该断路器开展了精确红外测温，发现A相壳体最高温度升至50 ℃，气压上升至0.69 MPa，而此时负荷与当日下午并无明显变化。263断路器气室GIS外壳(热点)温度测量数据见表2。

表1 263断路器气室气压测量数据 单位：MPa

表2 263断路器气室GIS外壳(热点)温度 单位：℃

由于该缺陷属于红外发热缺陷，且红外图谱在GIS罐体上有明显温度梯度，具有局部热点特征，故判断为内部连接出现异常导致了发热情况。

考虑到设备内部缺陷有明显的的发展趋势，当日21：00对设备进行了紧急停电，并开展了停电诊断工作。

2.1 X射线诊断

对263断路器开展了X射线成像检测，检测图谱如图2所示，未发现A相动静触头接触处明显合闸不到位情况，动静触头螺栓及紧固件无明显松动。A、C相对比无明显异常。初步判定动静触头无合闸不到位现象，无明显螺栓松动。

图2 263断路器动静触头X射线检测图谱

2.2 气体检测

对263断路器A相相关气室进行SF6分解产物检测，检测数据见表3，各项指标符合规程要求，未发现异常。

2.3 回路电阻测试

从26330、26340接地开关处测量263断路器回路电阻，测量回路如图3、图4所示，数据结果见表4，可以看出A相回路电阻远远大于B、C两相，数据异常。

表3 263断路器气室气体检测结果

表4 263 GIS断路器部分回路电阻测试结果

图3 263 GIS断路器部分回路电阻测试

图4 263 GIS断路器部分回路结构

2.4 缺陷定位

在回路电阻测出异常后，由于所测回路电阻为26330接地开关到26340接地开关之间部分，所含元器件较多。为进一步减小测试范围，精确定位缺陷位置，在回收气体后，打开断路器动静触头处手孔，脱开拐臂锁销后，将断路器处于半分半合状态(见图5)，分段测量回路电阻。

图5 手孔打开位置结构

分段测试数据见表5，可以确定接触不良部位为中间触头与T型导体之间，设备内部位置如图6所示。

表5 263 GIS断路器部分回路电阻分段测试结果

图6 263 GIS A相断路器接触不良部分

2.5 开罐解体检查

故障断路器为三相分箱式，解体发现A相气室内部遗留大量粉尘。中间触头与T型导体交界处有严重烧蚀痕迹，且在缝隙中有凹凸不平黑色金属物，如图7所示。从颜色来看，A相中间触头相较B、C相颜色暗淡，且T型导体与中间触头交界处颜色最为暗淡。从烧损程度来看，T型导体与中间触头交界处最为严重，缝隙内有黑色金属物，有凹凸不平缺口。灰色粉末堆积形状与气体回流口位置相对应，如图8所示。

图7 263断路器A相解体

图8 263断路器A相罐体内粉尘及气体回流口

对T型导体与中间触头交界处缝隙宽度进行了测量，发现A相较大，数值达1.1 mm，B、C相为0.2 mm，A相连接处存在松动、紧固不到位的情况。

3 故障原因分析

GIS断路器内部发热缺陷，是一个逐渐劣化的过程。该缺陷设备近1年内无分合操作，室内GIS并未遭受恶劣环境影响，同时该设备并未遭受过电压且所有保护装置及系统无异常。由此判断，本次故障的原因属产品或装配质量问题。

根据现场解体检查状况及结构分析，造成回路电阻超标、罐体发热的原因为压气缸外侧的中间触头与连接的铸铝导体接触不良。在通过负荷电流时局部发热，在对流、热辐射作用下，最终导致A相断路器罐体及相通气室的上CT罐体温度升高。

该断路器中间触头与铸铝导体为螺纹紧固连接，装配过程中中间主触头紧固不到位，在断路器分合闸操作振动及电动力的作用下，导致中间触头松动，触头连接部位接触不良，造成回路电阻增大。

GIS罐体内大量灰色粉尘可能来源有两种，一是由于局部接触不良，在接触部位产生了局部放电，将铸铝导体和铜触头烧蚀，高温的铜、铝颗粒与SF6气体在局部放电作用下产生了罐体内部的灰色粉末；二是导电体表面涂的润滑膏为有机物，在高温作用下与SF6产生反应，生成的碳化或氟化物。

检修人员对该中间触头进行更换处理后，设备回路电阻测试合格；投运后，红外测试无异常。

4 结 语

通过对一起220 kV 断路器GIS壳体发热缺陷的分析处理，详细阐述了该类缺陷的诊断测试及故障分析的流程及方法，对今后该类缺陷的处理具有借鉴意义。同时，对GIS设备的运行维护提出以下几点建议：

1)加强GIS设备红外巡视工作。GIS设备虽无法通过红外测温直接测到内部温度，但是外壳温度在一定程度上可反映内部状况。通常情况下，GIS设备发热时，内部真实温度远高于外壳显示温度，因此对GIS设备红外巡视工作具有重要价值。

2)断路器作为重要的电力系统设备，当检测到其发热时，必须查明原因，避免设备缺陷发展为电网事故。

3)加强设备安装工艺质量管控，避免设备存在隐形缺陷。