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摘要：某126kV GIS用隔离开关在分闸操作后发生放电，结合故障录波信息和解体检查结果，分析了放电发生的过程。通过仿真分析、元件试验、出厂记录追溯等手段，用排除法找出了隔离开关内部放电发生的原因，放电是由轴承装配过程产生金属异物，隔离开关分闸操作时金属异物掉落，造成内部电场畸变，引起相间短路，最终演变为三相短路故障。分析了金属异物产生的原因，并改进了结构，设备生产和运行经验证明改进效果良好。
关键词：隔离开关；异物；放电；故障分析
引言
SF6封闭式组合电器（GIS）以占地面积小、维护方便等特点被广泛应用，但GIS绝缘距离小，异物对内部场强影响大，会大大降低闪络电压[1-5]。高电压组合电器的放电事故不仅影响用户的正常用电，还严重影响制造厂的声誉，快速抢修是降低影响的重要的环节，但抢修后透彻的分析放电原因才是减少后续事故的有效手段。
文中通过对126kV GIS电站中一台故障隔离开关的解体情况进行分析，结合零部件及装配过程和出厂检查记录的全面质量追溯，最终确定隔离开关在装配过程中产生金属异物，分合闸操作过程中异物掉落，找到了发生短路故障的根本原因。最后对异物产生的原因进行了分析，并提出了相应的改进措施。
1 事故描述
某110kV变电站为双母分段接线，截止事故发生已运行6年。2017年4月22日，该站=F2间隔母线侧隔离开关热备用转冷备用操作，操作完毕两分钟后母差差动保护动作跳闸，一条母线失压，由故障时录波图显示A、B两相先发生相间短路，随后发展至三相短路故障。现场人员随即对隔离开关外观和气室成分进行排查，发现隔离开关机构输出角度合格、拐臂位置正确、连杆轴销转动灵活、盘式绝缘子外观无裂缝、气体压力为额定压力0.4MPa；但气体成分异常，分解物检测数据见表1，由此判定此隔离开关气室内发生放电[6-8]。
通过对故障隔离开关的解体检查以及内部放电烧蚀等现象，初步验证了故障录波的信息，即A、B两相先发生相间短路，随着金属熔融物的增多，气室绝缘恶化，最终发展为三相短路故障。
3 故障原因分析
3.1 原因排查
发生相间短路的主要原因有相间绝缘距离不够、气体泄漏、水分超标、绝缘件缺陷以及内部存在异物等。为了排除隔离开关出厂时已有潜在缺陷，对隔离开关的电场仿真计算结果、装配尺寸、出厂检查记录和绝缘盘的绝缘性能逐个排查。
（1）仿真计算
建立隔离开关电场仿真建模，电场强度满足绝缘要求。
（2）装配尺寸测量
分别测量动静触头座三相之间的装配尺寸，发现各尺寸均符合技术要求，并未出现某个部位因零件尺寸或装配问题导致相间距离不符合技术要求的情况。
（3）隔离开关出厂记录追溯
对隔离开关内部动触头镀银层质量、绝缘件、隔离开关装配情况以及机械特性等出厂检查记录进行追溯，不存在错检、漏检以及放松检查标准出厂的情况。
（4）绝缘盘探伤检查和绝缘验证
对拆掉的绝缘盘进行清擦和表面打磨处理，先进行探伤检查，确定无内部缺陷后重新按出厂试验标准进行耐压试验，能顺利通过工频耐压试验。
发生相间短路的可能因素和排除过程见图5，本次放电故障极有可能是隔离开关转冷备用操作后出现异物导致的。
（2）异物来源分析
异物的来源通常有四个方面。第一，充气过程中管路中的异物被带入隔离开关内部，经核实该站充气过程严格执行操作规范安装过滤器，异物不可能经过管路进入。第二，动触头镀银层脱落，解体过程中发现，镀银层有磨损痕迹并有3处起皮现象，但起皮处并未脱落，起皮原因为高温电弧使触头受热膨胀，冷却之后产生不均匀应力导致镀银层起皮。第三，分合闸过程中触头和触指摩擦掉落金属碎屑，通过出厂记录的追溯发现，出厂前已进行200次的分合闸操作，触头已充分磨合，掉落金属屑引起放电的可能性较小，见图7所示。第四，传动部位产生异物，对气室内部的传动部分进行解体检查，发现轴承与轴承座连接处有金属丝，疑似轴承安装过程中轴承剪切轴承座孔边缘产生。
图7 动触头表面状况
（3）异物产生试验
为了模拟轴承装配过程中产生金属丝的过程，准备同一个轴承分别与8件不同尺寸的安装孔零件进行试验，试验由经验丰富的装配工操作，轴承刚进入安装孔时尽量保持同轴，沿轴承圆周用橡皮锤轻轻敲入，发现轴承外径与安装孔内径间隙大小与金属丝的产生有直接关系，试验数据如表2所示，即安装孔越大越不容易产生金属丝，其中轴承外径54.996mm。
3.3 故障放电过程还原
综合以上信息推断故障过程如下：
（1）装配轴承时轴承剪切安装孔边缘产生金属丝，金属丝被挤压在轴承和轴承座间的缝隙内没有掉落，隔离开关分闸操作时产生振动，金属丝掉落至隔离开关B相静触头附近，造成电场畸变，导致相间短路故障；
（2）短路电弧造成触头屏蔽罩和触头座熔化，高温产生的金属蒸汽及气室内SF6气体受热分解造成绝缘能力急剧下降，迅速扩展至三相短路故障。
3）后台保护动作，故障被切除。
4 改进措施
轴承外径和安装孔内径之间为间隙配合，公差带较小，轴承外径尺寸，安装孔内径尺寸 ，为了降低零件的废品率，厂家在加工轴承时往往按上偏差加工，而加工安装孔时按下偏差加工，导致轴承与轴承座之间间隙很小，往往需要用力将轴承砸入，特别是轴承卡圈槽的位置没有倒角,，容易产生金属丝，如图9所示。
图9 原结构
为了防止装配轴承时剪切安装孔的边缘产生金属丝，尽量减少放电事故的发生，对轴承座处安装孔结构进行修改。将卡圈槽外侧的孔径增大，方便轴承进入，卡圈槽的下端增加C0.5的倒角，起到辅助对中的作用，使轴承慢慢进入安装孔，不会因轴承直接剪切尖棱而产生金属丝，改进后结构见图10，经过两年时间的试用，生产效率得到提高，未发生因轴承装配产生金属异物导致的放电事故。另外如果装配厂条件允许，使用液态氮气冷却轴承的方法装配也是避免产生金属异物的有效手段。
5 结论
（1）根据故障录波的信息，解体检查放电痕迹、查找放电点，还原了放电发生的过程。通过仿真分析、尺寸测量、出厂记录追溯等方法排除了其它发生放电的可能性，最终确定放电的原因为异物放电。
（2）利用排除法推断异物的来源并检查隔离开关的传动结构，确定了异物产生的根本原因，即轴承装配过程中产生的异物夹在轴承和安装孔之间，隔离开关分闸产生的振动使异物掉落至静触头根部附近，造成电场畸变，最终发生放电。
（3）根据装配轴承过程中容易剪切安装孔边缘产生金属丝的缺点，改进了安装孔的结构，并经过验证效果良好。
（4）组合电器设备现场事故的原因有工艺执行不到位或质量控制不严格等，更重要的是产品设计内在质量不高，提高设计结构的可靠性是提高设备运行稳定性的根本。
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作者简介：杨涛（1988-），男，工程师，硕士，研究方向为高压电器设计与改进。
论文作者:杨涛,康留涛,毕海波,李建彬,李阳,安影
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/8
标签：异物论文; 轴承论文; 金属丝论文; 故障论文; 发生论文; 金属论文; 过程中论文; 《基层建设》2019年第23期论文;