一起500kV SF6气体绝缘TA故障的分析和建议

第２６卷第４期　２００９牟ｌ２月　度瓠电知　ＡＮＨＵＩ　ＥＩＪＥＣＴＲ１Ｃ　Ｐ０Ｗ－ＥＲ　

・安全生产・　

一起５００　ｋＶ　ＳＦ６气体绝缘ＴＡ故障的分析和建议　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ａ　ｔｈｅ　５００　ｋＶ　ＳＦ６　Ｇａｓ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　ＴＡ　Ｆａｉｌｕｒｅ　

桂　刚　倪　勤　季　军。胡　林　

（１．安徽新力电业科技咨询有限公司，安徽合肥２３００２２；２．安徽电力科学研究院，安徽合肥２３０６０１；　３．芜湖供电公司，安徽芜湖２４１２００；４．国电蚌埠发电厂，安徽蚌埠２３３４００）　

摘要：在一起ＳＦ６气体绝缘电流互感器故障引起保护动作事例的现场分析时，发现了保护的一些异常动作情况。为解释故障　时系统保护的动作情况及特殊现象，文中从保护录渡图入手，结合故障设备解体后的照片及该ＴＡ的结构特点，综合保护动　作情况，对故障时的ＴＡ工作原理进行了剖析，分析解释了以上现象。同时对该ＴＡ一些结构及工艺提出疑问并给出可行的　改进方法，最后结合本次事故，为该类设备的使用提出一些实用性的建议。　关键词：５００　ｋＶ　ＳＦ　气体绝缘；电流互感器故障；保护误动；电流互感器结构；存在隐患；改进建议　Ａｌ：ｍａ＇ａｃｔ：Ｗｈｉｌｅ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ａｎ　ａｂｎｏｒｍａｌ　ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ　ｏｆ　ａ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｏｆ　ＳＦ６　ｇａｓ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　ＴＡ，　ｓｏｍｅ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｉｓｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ａｃｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｆｏｕｎｄ．Ｔｈｅｓｅ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ　ｐｈｅｎｏｍｅｎａ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ａｃｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｅｘｐｌａｉｎｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ＴＡ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｂｙ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｒｅｃｏｒｄｅｄ　ｗａｖｅｓ　ｕｎｄｅｒ　ｅＩＴＯ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｐｉｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｓａｓｓｅｍｂｌｅｄ　ｅｒｒｏ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＴＡ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐｈｅｎｏｍｅｎａ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｆｆｌｅ　ｔｉｍｅ，ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｒａｉｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＴＡ　ｓｔｍｃｔｒｕｅ　ａｎｄ　ｐｒ￣＇ｅｓｓ，ａｎｄ　ｆｅａｓｉｂｌｅ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｖｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｇｉｖｅｎ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ．Ｓｏｍｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｙｐｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：５００　ｋＶ　ＳＦ６　ｇａｓ　ｉｎｓｕｌａｔｅｄ；ＴＡ　ｅｒｒｏ；ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｉｓｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ＴＡ　ｓｔｒｕｃｔｒｕｅ；ｆｌｏｗ　ｒｏｕｔｅ；ｈｉｄｄｅｎ　ｄａｎｇｅｒ；ｃｏｒｒｅｃｔｉｖｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎ　

某发电厂５００　ｋＶ升压站试验阶段系统接线　

方式如图ｌ，站内启动试验阶段（即以１号机组为　

电源，２号机组及线路尚未接人，但站内设备全部　

带电），发生一起ｓＦ　气体绝缘电流互感器（以下简　称ＴＡ）内部主绝缘击穿故障，故障ＴＡ型号：　

ＬＶＱＢＴ一５００Ｗ３，ＳＦ６气体绝缘倒立式结构。故障发　

（试验电源）　

图１试验阶段系统接线方式　生在短路试验及向量测试工作已经完成、主保护　

正常投入后，试验进入“机组带５００　ｋＶ设备零起　

升压”阶段；以下介绍故障经过、故障点确认及故　

障原因分析。　

１故障经过及故障点确认　

２００８年１１月２１日２３：２９：３０，１号机组带　５００　ｋＶ升压站内所有设备进行零起升压至额定电　

压的８０％，对系统进行全面检查，无异常。１０　ｍｉｎ　

后继续升压，２３：２９：４４．８０７，５０１１、５０１２、５０２２、５０２３　断路器跳闸，故障时刻，５００　ｋＶ升压站内现场巡视　

人员未发现有故障弧光及响声。　

１．１保护动作状况　

由于相量已测试正确，站内保护已投人。考虑　

５００　ｋＶ保护及断路器动作速度优于机组的后备保　

护，且此时升压站尚未接人系统，本项试验前最终　

又手动投人了包括主变压器（以下简称主变）间隔　

短线保护在内的５００　

ｋＶ　３个间隔（共６套）短线　２　ＡＮＨＵ’Ｉ　ＥＬＥ’ＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　麦瓠电蠢　第２６卷第４期　２００９年ｌ２月　

保护及出口，其作用等同临时过流（速段）保护，保　护动作状况如下。　

１．】．１　１号主变间隔２套短线保护　

保护绝对起动时间为２３：２９：４４．８０７，动作相　

对时间均为１４ｍｓ；保护录波见图２。　

电流标度ｈ０００．４Ａ／格（瞬时值）时间标度ｌ：２０ｒｏｄ格　起　动联　Ｉ聃　ｒ　．　．。　＾　｜　

‘黛　：＝＝　］　＜≤　二｜　

‘ｌ　ｉ　均动作正常，也几乎不存在二次回路或二次设备　

原因引起误动的可能性。　

１．２设备初步检查　

暂停试验后，对全站设备的外绝缘进行了外　

观检查。比对了故障前后设备的油位、气体压力、　

放电计数器走字等数据，其中对２号主变间隔及　

Ⅱ母设备进行重点排查。并对５０２３ＴＡ的二次绕组　

进行了常规试验，均未发现异常。　

１．３故障点确定　

综合保护状况以及设备的初步检查情况，初　

步认为５０２３Ｖ相ＴＡ内绝缘故障的可能性较大。随　

后隔离该ＴＡ，对５００　ｋＶ所有其它设备重新升电　

压至额定值，设备运行均正常。　

２故障分析　图２　１号主变间隔保护录波（列举一套）　１．１．２　２号主变间隔２套短线保护　２．１故障点　

保护绝对起动时间为２３：２９：４４．８０５，动作相　对该ＴＡ进行解体，发现了故障点，故障点照　

对时间均为７　ｍｓ；保护录波见图３。　片如图４、图５、图６所示。　

电流标度Ｉ：００１．３Ａ／格（瞬时值）时间标度ｆ：２０ｍｓ／格　起动跳闸　Ｉｕ　，Ｙ　

●　●　ｒ　Ｉ　●　一二：》　］’　＝＝＞　

－ｌ　１　ｔ　

图３　２号主变间隔保护录波（列举１套）　

１．１．３　５００　ｋＶ　ＩＩ母差动第一套保护动作　

总计５套保护动作出口，另有部分其它保护　突变量元件启动；保护动作后，相应断路器均正　

确跳开。故障时５００　ｋＶ　Ｉ１母第二套保护（ＡＢＢ的　

ＲＥＢ６７０）未动作，但已启动。由于该套保护的电　

流通道全部与录波器的电流通道串接，检查发现　

故障时两套母线保护的电流采样信息基本相同，　

未动作原因仅因为该保护的动作特性曲线与国　

产保护不同而已。所有相关录波显示，故障发生　在Ｖ相。　根据现场保护的总体动作状况，结合故障录　

波数据、双重化保护动作的一致性来看，保护装置　图４故障ＴＡ图片　

图５　

ＴＡ故障点　第２６卷第４期　２００９年ｌ２月　ＡＮＨＵ　Ｉ　ＥＬＥｊｌｉＣＴ　ＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　３　ｊ　

图６　ＴＡ故障点对端　

可见，故障　ｒＡ上端外壳——盆式绝缘子——　

二次引线口均压环之间存在明显的灼烧痕迹；此　外，解体后发现部分二次绕组对地（屏蔽壳）绝缘　

也遭到轻微的破坏。　

２．２故障电流分析　

由于故障发生在５０２３ＴＡ内部，由图ｌ可知，　所有故障电流必然流经５０１２ＴＡ、５０２２ＴＡ，故依次　

将三者电流做总体比较，其流经相应断路器的电　

流录波如图７、图８、图９所示。　

电压标度／／：４５Ｖ／格（瞬时值）电流标度１：ｏｏｏ．４　格（瞬时值）时间标度ｔ：２０ｍｓ／；￣　动　§　１ｏ　＾　，、　Ｕ　Ｕｖ　

●ｔ　●ｒ　，　Ｔ　～）　／　、　Ｉ．．●　Ｉ●　‘　，．－－　ｈ　’　

ｌ＿　Ｊ　卜　●６　

●Ｈ　●●●　图７　５０１２断路器保护记录电流　

电盐称』　ｇ／：＇：４５ｖ，　释｝（瞬时值　甩流杯ｆ　：１：０１）０．２Ａ／｝｝｝｛游日　）对ｊ　初　崖ｔ：２１ｋｎｓｌ格　１　Ａ　舨　凡　１　Ｕ　．　己　，　Ｕｗ　Ｉ。‘　●　：≥１『＝　一ｒ　，　

－－ｔ　≯≮≤－＜　～～　一　¨　￡　

’　；　■■■ｌ　■　

ｔ　Ｆ’　

｝　

图８　５０２２断路器保护记录电流　电压标度Ｕ：４５ｖ，格（瞬时值）电流标度，：００１．１Ａ，格（瞬时值）时间标度ｔ：２０￣　

一，１～．＾　，　＾　．．　ｖ…．￡　●　Ｌ　●　

～　一）　ｆ　）　＞　、、　＞　（＿　・　１　●　．．　

●　

图９　５０２３断路器保护记录电流　

依照图７、图８、图９所示录波图，估算三者电　流如表１。　

表１故障电流幅值（有效值）　单位：Ａ　

可以发现，故障５０２３ＴＡ电流明显大于　

５０１２ＴＡ、５０２２ＴＡ，甚至大于两者之和（其中可以单　

独记录的５０２３ＴＡ其它二次绕组电流，均大小相　

近，此处不再列举）。可以得知，故障电流有特殊　

的流通路径或其它电磁过程。　

２．３故障ＴＡ结构分析　

故障ＴＡ的结构示意图见图ｌ０。　

图１０故障ＴＡ结构示意图　

注：ＴＡ金属外壳ｂ与导杆ａ在Ｐ２端等电位连接；屏蔽　罩不完全封闭，内外壁有绝缘处理，见图６。　可见，ＴＡ主要依靠气体绝缘。屏蔽罩及二次　绕组ｃ由工作在ＳＦ６气体中的盆式绝缘子ｊ支撑，

　ｄ　ＡＮＨＵ’Ｉ　ＥＬＥ’ＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　轰瓠电囊　第２６卷第４期　

２００９年１２月　

屏蔽罩提供了一、二次之间的电气隔离并起着改　

善内电场分布的作用。　

结合图３、４中的故障点位置理解图ｌ０，可对　

故障电流的可能流通路径进行分析如下。　

（１）Ｐ１侧电流始自Ｐ１端，经一次导杆ａ——　

金属外壳ｂ一故障点ｆ．＿一故障点ｇ一屏蔽罩　

壁点ｈ、ｉ——屏蔽罩接地点ｅ，而后汇人地网。因此　Ｐ１侧电流两次流经ＴＡ铁心，第一次通过一次导　

杆ａ，第二次通过屏蔽罩内壁。　

（２）Ｐ２侧电流始自Ｐ２端，经金属外壳　

故障点ｆ＿一故障点ｇ一屏蔽罩壁点ｈ、ｉ——屏　

蔽罩接地点ｅ而汇人地网。Ｐ２侧电流则仅经过屏　

蔽罩内壁对ＴＡ铁心完成了一次耦合。　

以流向故障点为参考方向，设Ｐ１、Ｐ２两侧电　流相位相同，则根据安培环路定律，推断ＴＡ二次　

绕组输出电流大小反映为２Ｐｌ＋Ｐ２的电流。　

按照以上推算，故障时流人２号主变短线保　

护的电流为‘２Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ２电流（５０２３ＴＡ二次与　

５０２２ＴＡ二次电流和），而流入１号主变短线保护　

的电流为ＰＩ＋Ｐ２电流（５０１１ＴＡ二次与５０１２ＴＡ二　次电流和）；快速保护采用积分算法，故２号主变　

短线保护的动作电流和启动／动作速度明显大于Ｉ　

号主变短线保护也是合理的。　

３存在问题及改进措施　

３．１实际问题　

从故障ＴＡ的接线位置来看，此时应仅由２号　

主变短线保护动作切除故障；但故障时５００　ｋＶ　ＩＩ　

母第一套母线保护、第二套保护已起动，其实际结　

果为误动。设计中适用于传统绝缘结构ＴＡ的“通　

过ＴＡ二次铁心交叉布置来实现保护区域重叠”的　方法，对该ＴＡ已经毫无意义；更严重的是，ＴＡ二　

次输出已不能反映实际流经断路器的电流。这些　

将为保护的配置与运行带来一系列问题，系统将　

存在安全隐患。　

３．２对ＴＡ结构的一些疑问　

在２．１节中已经指出，部分二次绕组绝缘已在　

故障中遭到了轻微破坏。ＴＡ的铁心及二次绕组与　

一次部分完全被屏蔽罩隔绝，二次绕组的绝缘损伤