分享：500kV变电站5052电流互感器放电烧蚀故障原因
赵永峰1,魏利锋2,张 帅2
(1.国网河南省电力公司电力科学研究院,郑州 450052; 2.河南九域恩湃电力技术有限公司,郑州 450000)
摘 要:针对某500kV 变电站5052电流互感器发生放电烧蚀故障的问题,从主要化学成分、断 口形貌、显微组织、显微硬度、能谱分析等方面对其故障原因进行分析。结果表明:互感器爆破片拱 面在运输或组装过程中受到碰压损伤,使得爆破片的爆破压力和稳定性明显降低;互感器在正常工 况下运行3a后,爆破片拱面发生失稳反转爆破,并沿减弱槽开裂,导致SF6 泄漏,降低了互感器的 绝缘性,进而发生放电烧蚀故障。
关键词:电流互感器;爆破片;碰压损伤;开裂
中图分类号:TM452;U472.42 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2022)04-0056-04
SF6 气体绝缘互感器的体积小、性能稳定,在 500kV 变电站系统中起着重要作用[1-2]。爆破片是 一种精密的压力开关,广泛应用于压力容器的超压 泄放装置中[3]。2017年某500kV 变电站断路器跳 闸,现场发现5052电流互感器(C相)顶部保护装置 的爆破片开裂并泄漏,且互感器存在多处放电烧蚀 现 象。 该 电 流 互 感 器 (C 相 )型 号 为 LVQBT- 500W2,SF6 额 定 压 力 为 0.5 MPa,补 气 压 力 为 0.45MPa。LVQBT-500W2型 电 流 互 感 器 结 构 如 图1所示。发生泄漏的爆破片为反拱带槽型设计, 型号为 YCH50-0.8-90,公称直径为50mm,标定爆 破压力 为 0.8MPa,爆 破 温 度 为 90 ℃,由 厚 度 为 0.3mm 的316L 不锈钢片加工处理制成。爆破片 的单面开有相互垂直且中心不交叉的4条减弱槽。
该5052电流互感器内SF6 气体压力降低,在报 警30min后,设备跳闸,这是因为气体迅速泄漏引 起了设备内部绝缘,使壳体下法兰内侧(高压)对中 间屏蔽及中心导体(低电位)放电、击穿[4-6]。经过检 查发现,电流互感器(C 相)顶部保护装置的拱形爆 破片已向大气侧发生反转,4条减弱槽有2条开裂, 减弱槽中间连接部位未发生断裂,内表面局部残留 有数滴密封胶,且其中一个开裂处附近有呈三角形 的表面粗糙、颜色灰暗的黏着物。爆破片外表面附 着有大量 灰 尘,接 触 SF6 的 爆 破 片 内 表 面 色 泽 鲜 亮,在两条开裂减弱槽对侧靠拱面中心,存在一处明 显长条状凹陷的碰压损伤,爆破片开裂漏气是导致 故障的直接原因。电流互感器内部的放电烧蚀痕迹 外观如图2所示,爆破片内侧减弱槽的开裂及碰压 损伤压痕如图3所示。
1 理化检验
1.1 化学成分分析
对开裂泄漏爆破片的主要化学成分进行分析, 结果 (见 表 1)符 合 标 准 ASTM A240/A240M - 2017《用于压力容器和通用用途的铬和铬镍不锈钢 厚板,薄板和带材的标准规范》的要求。
1.2 断口形貌
对爆破片断口进行宏观观察和SEM(扫描电子 显微镜)分析,发现爆破片断口内表面有附着物,且 与其他部位的断口特征相似,断面尖锐,断口锋利, 断口两侧有明显的韧窝,属于典型的韧性断裂。爆 破片断口的宏观形貌和微观形貌如图4所示。
1.3 金相检验
在爆破片拱形部位的裂缝位置和外缘夹持部位 取样,抛光后均未见明显夹杂物。爆破片裂缝附近 显微组织形貌如图5所示,由图5可知,爆破片裂纹 附近的断口组织有明显塑性变形产生的滑移线,未 见腐蚀裂纹。外缘夹持部位显微组织形貌如图6所 示,结合图5可以发现,该处组织均为奥氏体+析出 物,未见异常组织.
1.4 显微硬度
对爆破片拱形部位的开裂位置和外缘夹持部位 的组织进行显微硬度测定,结果(见表2)均符合标准 ASTM A240/A240M-2017的要求,由表2可知,爆 破片拱形部位的硬度比外缘夹持部位的硬度高。
1.5 黏着物成分分析
对爆破片断口和内表面上的黏着物进行化学成 分分析,结果如表3所示。由表3可以看出,断口和 内表面上的黏着物成分类似,都含有较多的氟元素 和少量的硫元素。
2 爆破试验方法及结果
爆破片为精密压力敏感元件,任何损伤都会降 低其爆破压力。正常爆破时,爆破片拱形发生失稳 反转,并沿4条减弱槽全部爆破。为验证类似 C 相 互感器碰压痕迹对爆破压力的影响,对拆卸的 A,B 相电流互感器爆破片以及同型号、同批次的爆破片 进行爆破验证试验。 为了对比,在 A,B相电流互感器爆破片中分 别抽一个爆破片,对同型号、同批次爆破片从不同 高度自由落体地进行碰压试验(见图7),试验温度 为27 ℃,标定爆破压力为0.8MPa,常温爆破压力 允许值为0.838 MPa~1.023 MPa,得到的碰压痕 迹位置 与 开 裂 爆 破 片 相 同。 表 4 为 爆 破 试 验 结 果,不同的碰 压 损 伤 程 度 对 爆 破 压 力 和 爆 破 形 态 均有 明 显 影 响。 不 同 爆 破 片 爆 破 前 后 外 观 如 图8~12所示。
3 综合分析
电气设备放电击穿一般是由杂质、污染等引起 的气体绝缘性能降低造成的[7]。由相关电气检查和 逻辑分析可知,SF6 泄漏导致的气室绝缘性能不断 降低为该故障的直接原因。 由爆破片的化学成分、显微组织、显微硬度可 知,爆破片的材料、组织和性能未见异常。从断口形 貌、断面组织来看,爆破片断口为韧性断裂。爆破片 上的黏着物含有氟元素和硫元素,断口上未发现裂 纹,表明腐蚀性气体未腐蚀爆破片。电流互感器一 旦发生放电,就会产生高温电弧,从而使 SF6 气体 分解并与气 体 内 的 少 量 水 和 空 气 结 合 ,产 生HF, SO2 等腐蚀性气体。高温腐蚀性气体经过爆破片开 裂处后,凝结在开裂断面上以及断面附近。爆破片 上的腐蚀产物为 SF6 泄漏后凝结沉积于爆破片内 表面所致。
由爆破试验结果可知,碰压损伤显著降低了其 爆破压力,也影响其爆破形态。综合分析得出,造成 该变电站5052电流互感器故障的原因是:在运输或 组装过程中,爆破片拱面受到碰压并损伤,其爆破压 力和使用稳定性明显降低,导致互感器在正常工况 下运行3a后,其爆破片拱面失稳反转爆破,并沿减 弱槽开裂,导致 SF6 泄漏,进而使得互感器绝缘性 能降低,随后发生放电烧蚀故障。
4 结论
在运输或组装过程中,互感器爆破片拱面受到 碰压损伤,使得爆破片的爆破压力和使用稳定性明 显降低,爆破片的过早失稳反拱开裂为故障的直接 原因。建议对同类型电流互感器加强监测和监督, 一旦出现异常,及时处理,并对出现碰压痕迹的爆破 片进行更换。
参考文献: [1] 张伟明.LVQBT-500型 电 流 互 感 器 设 计 [J].变 压 器,2009,46(3):6-8,12. [2] 张伟明,王子凯.500kV 气体绝缘电流互感器的设计 [J].电气技术,2008(5):107-110. [3] 宣鸿烈,闫兴清,梁泽奇,等.操作比对反拱带槽型爆 破片使用寿命 及 更 换 周 期 的 影 响 研 究 [J].压 力 容 器,2019,36(11):6-12. [4] 杨成刚,王川,李杰,等.110kV 倒置少油电流互感器 金属膨胀器含 氢 拉 伸 的 故 障 分 析 [J].电 力 系 统 装 备,2019(2):90-91. [5] 王琼,杨文良,车传强,等.一起油浸式电流互感器局 部放电缺陷的诊断和分析[J].变压器,2020,57(3): 82-86. [6] 刘威峰,闫振华,周秀,等.330kV 倒置式电流互感器 喷油事故分析及预防措施[J].电工电气,2020(2): 58-61. [7] 牛建鸿,曾庆忠,王光明,等.气体绝缘金属封闭开关 设备电压互感 器 击 穿 放 电 故 障 原 因 [J].理 化 检 验 (物理分册),2020,56(7):69-72.
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