隨著電網的不斷發展，密集緊湊且占用空間較小的氣體絕緣全封閉組合電器（gas insulated switch- gear, GIS）在變電站中的應用越來越多，尤其多用于110kV及以上的變電站。當組合電器發生故障時，如何通過檢查和試驗等方法快速發現并及時處理故障尤為重要。

1 故障前變電站運行方式

某110kV變電站#1、#2主變于2006年12月10日正式投入運行，容量分別為40 000kV?A、31 500kV?A，高壓側采用內橋接線方式，并與110kV GIS設備套管之間采用鋼芯鋁絞線連接，低壓側通過10kV母線銅排及穿墻套管與開關柜進線電纜相連，主變壓器高壓側為星形聯結方式，低壓側為三角形聯結方式。

110kV GIS母線開關設備采用SF6封閉組合電器，型號為ZF6—126，生產日期2004年12月，主母線及分支母線采用三相共筒式，其外殼采用鋁合金材料。故障發生前，110kV Ⅰ、Ⅱ段母線并列運行，10kV、35kV Ⅰ、Ⅱ段母線分列運行，#1主變帶35kV Ⅰ、Ⅱ段母線運行，#2主變帶10kV Ⅰ、Ⅱ段母線運行。

2 故障基本情況

2019年9月28日20:10，該110kV變電站#2主變高壓側發生B相接地故障，110kV主變保護PST1200差動速斷動作，跳開#2主變進線110kV #1170開關、110kV母線分段#80開關、35kV側#52開關及10kV側#02開關。事故跳閘后10kV Ⅰ、Ⅱ段母線失壓，跳閘前負荷為0，跳閘后負荷未發生改變。

3 故障檢查情況

2019年9月28日23:30，專業人員到達現場，對#2主變、110kV Ⅱ段母線所屬GIS設備、35kV Ⅱ段母線所屬設備、10kV Ⅱ段母線所屬設備進行了外觀檢查，未發現異常。

9月29日04:30變電運維人員將#2主變轉為冷備用狀態，試驗及檢修人員對變壓器本體、套管及導電接觸部位、非電量保護裝置、10kV母線橋及35kV母線進行了全面檢查，未發現異常，對10kV 開關柜內母線及#02斷路器進行內部檢查，未發現異常。

二次運檢人員迅速對主變保護裝置進行故障錄波，具體如下。

1）#2主變PST1200差動保護錄波如圖1所示。

圖1 #2主變差動保護錄波

由圖1可知，故障發生時中、低壓側無故障電流，高壓側110kV蘭民Ⅱ回與110kV分段B相電流突變，有很大的故障電流，其最大值分別為Ib1max=27.68A、Ib2max=17.684A，且相位相同。

根據#2主變差動保護錄波，可判斷#2主變區內高壓側發生B相單相接地短路故障。

2）#2主變（高壓側套管電流）高后備PST1261保護錄波如圖2所示。

圖2 #2主變高后備保護錄波

由圖2可知，故障發生時#2主變高壓側套管無故障電流，說明故障發生在主變高壓側套管CT以外。

3）110kV蘭民Ⅱ回線路保護錄波如圖3所示。

圖3 110kV蘭民Ⅱ回線路保護錄波

由此可以畫出如圖4所示的相量圖。

圖4 線路保護電壓、電流相量圖

綜合以上3個保護錄波文件分析結果，可得出故障點位于高壓側套管引出線B相、110kV蘭民Ⅱ回#1170開關與110kV分段#80開關B相之間。

試驗人員在同一時間對#2主變及110kV Ⅱ母所屬設備進行了診斷性試驗。經檢測，#2主變直阻、絕緣、介質損耗、有載開關過渡電阻及波形、主變本體油試驗均合格，鑒于事故前，該地區有雷雨天氣，試驗人員對全站地網及導通進行了測試，均良好，對故障段GIS母線所屬設備進行絕緣電阻測試，具體結果見表1。

表1 絕緣電阻測試

從表1可以看出，所屬各相一次設備絕緣電阻均在合格范圍內，試驗人員對相關氣室進行了微水及六氟化硫組分測試，具體結果分別見表2及表3。

表2 微水測試

表3 六氟化硫組分測試

通過上述氣體試驗分析，并結合保護錄波圖，可以判斷出故障位于110kV Ⅱ段母線氣室內，檢修人員在廠家人員的配合下，對110kV Ⅱ段母線氣室進行開蓋檢查，發現110kV Ⅱ段母線PT間隔下方母線罐體內，B相導體支撐絕緣子被擊穿，支撐絕緣子底座及罐體內壁有明顯電弧灼傷痕跡，具體如圖5所示，氣室罐壁附著有白色粉塵，A、C相導電桿及支撐絕緣子無異常。

2019年10月4日，檢修人員對故障筒體進行解體，拆除故障段母線筒內部導體及支撐絕緣子。檢查故障絕緣子表面、硬母線導電桿、絕緣盆內部表面有電弧放電痕跡，絕緣子上下嵌件分離，具體如圖6所示。

圖5 故障支撐絕緣子

圖6 故障支撐絕緣子、導電桿及絕緣盆

檢查110kV Ⅱ段母線其他部位，動觸桿、靜觸頭清潔無損傷。檢修人員現場更換故障段氣室同一橫截面三相3只支撐絕緣子；打磨修復拋光導體及筒體內壁，清理檢查兩側絕緣盆子，對3只主導體分解清洗檢查，設備回裝后充氣至額定氣壓并靜置24h后，試驗人員進行了微水、六氟化硫純度、主回路電阻測試，測試結果均符合相關技術規范。常規試驗合格后進行了交流耐壓試驗，1min，184kV順利通過，投入運行后，設備運行正常。

4 故障原因分析

2019年9月28日20:10，該110kV變電站#2主變故障跳閘，根據氣象局發布的信息和電網雷電智能檢測系統可知，故障前該變電站所處地區共有兩個落雷點，落雷時間與站內故障時間吻合，落雷點A距110kV蘭民Ⅱ回5 100m，落雷點B距110kV蘭民Ⅱ回6 300m。110kV蘭民Ⅱ回輸電線路遭受雷擊，雷電波侵入變電站GIS設備，引起過電壓。

雖然GIS設備有避雷器防止過電壓，故障前后，B相避雷器計數器數值分別為107和109，但GIS設備已經運行13年之久，內部的雜質顆粒吸附于支撐絕緣子表面，在雷電殘壓等的作用下，導致110kV Ⅱ段母線PT間隔下方母線筒體內的B相導體支撐絕緣子表面形成放電通道，引起母線短路故障，上嵌件經支撐絕緣子電弧通道對下嵌件放電，導致支撐絕緣子擊穿灼燒，支撐絕緣子與導體相連部位產生放電痕跡，絕緣子底座與筒體內壁產生放電痕跡。

短路電流引起保護裝置動作，#2主變三側開關及110kV分段開關動作。

5 結論

通過本次故障處理，提出以下建議：

1）在設備監造時，嚴格把關各出廠試驗項目，監督廠家務必做全做細，在設備安裝和調試時，加強現場設備對接等工藝流程控制，確保安裝環境達標，嚴格按照相關規程要求進行。

2）在進行例行試驗時，對運行時間超過10年的GIS設備，適當縮短檢測周期，在開展特高頻、超聲波測試的同時，進行六氟化硫組分測試。

3）建議在GIS設備加裝特高頻在線檢測裝置，實時監測GIS設備運行狀況，及時發現并消除隱患，避免引起設備及人身事故。

4）建議廠家生產人員在設備出廠前仔細檢查做好各相關部件的材質分析，確保零部件質量均過關。

5）對雷電多發地區變電站裝設雷電定位系統，裝設獨立避雷針，并進行防雷技術研究。

本文編自2021年第3期《電氣技術》，論文標題為“一起110kV戶外氣體絕緣全封閉組合電器母線氣室支撐絕緣子故障分析”，作者為彭家琦、蒲寅 等。