550kVGIS斷路器故障分析

謝艷艷 李強(qiáng)

【摘 要】本文介紹了500kV GIS 設(shè)備的特點(diǎn)以及接線方式，針對(duì)500kV GIS 設(shè)備的事故類型和特點(diǎn)，針對(duì)性的提出了投產(chǎn)前和試驗(yàn)過(guò)程應(yīng)采取的事故防范措施，并從三個(gè)方面分析了運(yùn)行后存在的事故隱患和可能產(chǎn)生事故的原因；并針對(duì)GIS 設(shè)備運(yùn)行情況，深入分析了550kV GIS 設(shè)備的典型故障，并提出了相應(yīng)的解決辦法，可為今后GIS 設(shè)備同類問(wèn)題的處理提供參考。

【關(guān)鍵詞】550kV；GIS斷路器；故障

引言

六氟化硫封閉式組合電器，國(guó)際上稱為“氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備”（Gaslnsulated Switchgear）簡(jiǎn)稱GIS，它將一座變電站中除變壓器以外的一次設(shè)備，包括斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、電纜終端、進(jìn)出線套管等，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)分別裝在各自密封間中集中組裝在一個(gè)整體外殼中充以六氟化硫氣體作為絕緣介質(zhì)。GIS 電站由于其自身的優(yōu)越性，日益廣泛地應(yīng)用于城市電網(wǎng)、機(jī)械等各行業(yè)的110kV 及以上電壓等級(jí)系統(tǒng)中，特別是500kV 等超高壓系統(tǒng)。近幾年，國(guó)產(chǎn)GIS 設(shè)備發(fā)展很快，如北京開(kāi)關(guān)廠、西安開(kāi)關(guān)廠和平頂山開(kāi)關(guān)廠等廠家，電壓等級(jí)主要以110kV 為主。110kV GIS 設(shè)備結(jié)構(gòu)為三相共體，220kVGIS 設(shè)備有三相共體的，也有三相分體，而500kVGIS設(shè)備是三相分體的。

1.GIS接線方式

GIS 設(shè)備主接線的選擇應(yīng)遵守變電站電氣主接線的設(shè)計(jì)原則——可靠性、靈活性及經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)GIS 設(shè)備具有故障少、檢修周期長(zhǎng)、運(yùn)行可靠性高的特點(diǎn)，其主接線可以簡(jiǎn)化。500kV 變電站大多采用3/2 斷路器接線方式，即3 臺(tái)斷路器串聯(lián)，接于2 條母線，形成一串，從2 臺(tái)斷路器之間引出2 條出線，即3 臺(tái)斷路器供2 條線路，中間斷路器作為共用，相當(dāng)于每條線路用1.5 個(gè)斷路器。

2.GIS設(shè)備事故的預(yù)防及相應(yīng)故障分析

2.1設(shè)備投產(chǎn)前的事故預(yù)防及相應(yīng)故障分析

（1）設(shè)備投產(chǎn)前的事故預(yù)防

1）安裝過(guò)程要采取措施防止雜物（如金屬顆粒等）進(jìn)入GIS 管道內(nèi)，管道連接時(shí)要清潔法蘭口、螺絲孔和螺絲，臨時(shí)打開(kāi)的管道口要用干凈的塑料薄膜覆蓋。2）每完成一個(gè)獨(dú)立隔室的安裝后應(yīng)及時(shí)抽真空并充入合格的SF6氣體（預(yù)充氣壓力一般為額定值的一半）。在全部隔室充入額定的SF6氣體并靜置48h 后，才可進(jìn)行氣體濕度的測(cè)量。濕度要符合下列規(guī)定：有電弧分解的隔室體積比應(yīng)不大于150；無(wú)電弧分解的隔室體積比應(yīng)不大于500。3）投產(chǎn)前應(yīng)嚴(yán)格按國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)GIS 設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓為出廠試驗(yàn)電壓的80%。還應(yīng)測(cè)量主回路的導(dǎo)電電阻，校驗(yàn)各隔室的密度繼電器或壓力表，檢查聯(lián)鎖回路，隔離開(kāi)關(guān)的手動(dòng)電動(dòng)操作和斷路器的操動(dòng)試驗(yàn)均應(yīng)符合要求。

（2）內(nèi)部雜質(zhì)故障分析

1）故障現(xiàn)象2007 年7 月29 日，雷雨天氣導(dǎo)致某變電站Ⅱ線保護(hù)動(dòng)作，線路重合閘成功，但與此同時(shí)新投入的2 號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，2 號(hào)主變退出運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)5112 開(kāi)關(guān)靠2 號(hào)母線側(cè)GIS 的CT C 相防爆膜破裂，現(xiàn)場(chǎng)SF6氣壓指示在紅色告警區(qū)域。2）故障分析從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況分析，2007 年7 月初該變電站2 號(hào)主變擴(kuò)建期間曾對(duì)變壓器進(jìn)行了多項(xiàng)試驗(yàn)，5112 開(kāi)關(guān)頻繁動(dòng)作。而5112 開(kāi)關(guān)靠2 號(hào)母線側(cè)GIS CT 內(nèi)壁或盆式絕緣子上可能存在一些缺陷，主變調(diào)試期間5112 開(kāi)關(guān)的頻繁動(dòng)作以及7 月29 日線路故障時(shí)5112 開(kāi)關(guān)的動(dòng)作所產(chǎn)生的振動(dòng)使電流互感器內(nèi)部出現(xiàn)雜質(zhì)，從而使電場(chǎng)發(fā)生畸變，導(dǎo)致接地故障的發(fā)生。

2.2斷路器、隔離開(kāi)關(guān)觸頭過(guò)熱的防范及故障分析

（1）斷路器、隔離開(kāi)關(guān)觸頭過(guò)熱的防范

1）定期進(jìn)行回路電阻測(cè)量由于GIS 設(shè)備的特殊性，不能單獨(dú)測(cè)量斷路器或隔離開(kāi)關(guān)觸頭接觸電阻，一般可經(jīng)斷路器兩側(cè)維護(hù)接地刀進(jìn)行測(cè)量，這樣回路電阻值就包括兩側(cè)維護(hù)接地刀的接觸電阻。這個(gè)電阻值必須與投產(chǎn)前的測(cè)量值進(jìn)行比較，必要時(shí)比較分析其它類似的回路電阻值。2）定期或不定期使用紅外熱像儀對(duì)GIS 設(shè)備觸頭部位進(jìn)行溫度測(cè)量當(dāng)GIS 設(shè)備某部位的溫度比其它部位偏高時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備負(fù)荷情況、環(huán)境溫度、歷史數(shù)據(jù)及類似回路部位進(jìn)行綜合分析判斷。3）定期或不定期對(duì)配有觀察孔的隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行觀察察看其觸頭表面的顏色，即可判斷觸頭是否過(guò)熱。

（2）斷路器觸頭過(guò)熱分析

1）故障現(xiàn)象2006 年6 月17 日，某變電站進(jìn)行GIS 開(kāi)關(guān)5152 合環(huán)操作。首先合上51521 隔離開(kāi)關(guān)，運(yùn)行正常；再合上51522 隔離開(kāi)關(guān)，此時(shí)Ⅱ線和III線保護(hù)動(dòng)作，Ⅱ線和III 線停運(yùn)。通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)5152 開(kāi)關(guān)A 相氣室內(nèi)有明顯臭雞蛋味，其他氣室未見(jiàn)異常，因此判斷故障點(diǎn)位于5152 開(kāi)關(guān)A 相內(nèi)，更換5152 開(kāi)關(guān)A 相后恢復(fù)運(yùn)行。2）故障原因斷路器內(nèi)兩個(gè)合閘電阻，一個(gè)已完全損壞，另外一個(gè)完好。完好的合閘電阻上未發(fā)現(xiàn)明顯的過(guò)熱和放電點(diǎn)。合閘電阻的固定盤上有明顯的過(guò)熱痕跡并有機(jī)械損傷。

2.3倒閘操作事故的預(yù)防及相應(yīng)故障分析

（1）倒閘操作事故的預(yù)防

1）對(duì)于配有觀察孔的GIS 設(shè)備，當(dāng)隔離刀閘或接地刀閘操作后，除了觀察其位置指示外還必須通過(guò)觀察孔觀察其隔離開(kāi)關(guān)的觸頭實(shí)際位置。2）對(duì)于三相共用1 臺(tái)操作機(jī)構(gòu)，又沒(méi)有觀察孔的設(shè)備，可在隔離開(kāi)關(guān)操作過(guò)程中由現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員觀察三相操作連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)情況和機(jī)械位置指示的最終位置來(lái)判斷隔離開(kāi)關(guān)的分合閘情況。3）在斷開(kāi)斷路器并確認(rèn)斷路器已分閘后，應(yīng)立即斷開(kāi)斷路器合閘電源，再操作有關(guān)隔離開(kāi)關(guān)。此外，GIS 設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，隔離開(kāi)關(guān)的電機(jī)操作電源必須退出，防止由于直流回路接地引起運(yùn)行中的隔離開(kāi)關(guān)帶負(fù)荷誤分合閘事故。4）隔離開(kāi)關(guān)操作指令發(fā)出后，若由于某種原因不能操作，必須關(guān)閉操作控制回路直流電源，防止由于指令自保持而引起隔離開(kāi)關(guān)自動(dòng)分合閘事故。

（2）隔離開(kāi)關(guān)操作故障分析

1）故障現(xiàn)象2008 年5 月6 日，該變電站GIS 開(kāi)關(guān)5012 轉(zhuǎn)冷備用過(guò)程中，拉開(kāi)50122 隔離開(kāi)關(guān)時(shí)發(fā)現(xiàn)50122 隔離開(kāi)關(guān)C 相內(nèi)部有持續(xù)放電聲音，從觀察孔可以看見(jiàn)隔離開(kāi)關(guān)氣室內(nèi)部有明顯火花?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)50122 隔離開(kāi)關(guān)C 相操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部齒輪組故障，導(dǎo)致隔離開(kāi)關(guān)沒(méi)有完全拉開(kāi)，由于隔離開(kāi)關(guān)另一側(cè)的第1 大組濾波器仍在運(yùn)行，因此隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸頭和靜觸頭之間發(fā)生放電。更換故障齒輪組及動(dòng)觸頭后，各項(xiàng)試驗(yàn)合格，隔離開(kāi)關(guān)操作正常。2）故障原因?qū)⒏綦x開(kāi)關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)拆下，進(jìn)行手動(dòng)操作時(shí)發(fā)現(xiàn)，向隔離開(kāi)關(guān)輸出力矩的錐形齒輪不轉(zhuǎn)動(dòng)，而隔離開(kāi)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械位置指示和輔助接點(diǎn)信號(hào)是通過(guò)齒輪帶動(dòng)的軸傳出的，因此，雖然隔離開(kāi)關(guān)未拉開(kāi)到位，但機(jī)械位置指示和OWS 上均顯示拉開(kāi)到位信號(hào)。使用電子力矩扳手轉(zhuǎn)動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為6 Nm（大氣壓下），與正常力矩1.9±0.6Nm（大氣壓下）相差較大。將操動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪組拆下，發(fā)現(xiàn)連接轉(zhuǎn)動(dòng)軸與錐形齒輪的GB/T1096（4×4×10）平鍵損壞，導(dǎo)致在隔離開(kāi)關(guān)分閘過(guò)程中發(fā)生隔離開(kāi)關(guān)本體卡滯，使隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)、靜觸頭間距不足，從而發(fā)生擊穿現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：新東北電氣集團(tuán)高壓開(kāi)關(guān)有限公司檢修分公司）