一起GIS傳動失效導致的接地故障原因及分析

潘 巖，章海斌，馬 凱，黃道均，施 雯，張 劍，張曉明

(國網(wǎng)安徽省電力有限公司檢修分公司,安徽 合肥 230009)

0 引言

隨著高壓電氣技術的不斷發(fā)展，GIS(氣體絕緣封閉式組合開關設備)在電力系統(tǒng)中得到廣泛運用。GIS具有占地面積小、運行可靠、對環(huán)境清潔度要求低等諸多優(yōu)點。

目前，相較于AIS(空氣絕緣電氣設備)，GIS設備具有高度集成性與密封性等特點，這就使GIS設備內部狀態(tài)無法肉眼直接觀察，需要通過電氣指示與機械指示間接觀察。若GIS設計不合理或裝配工藝不達標，極有可能造成GIS設備外部機構與氣室內部機構之間傳動失效，從而造成設備故障，給社會經(jīng)濟帶來巨大損失。

本文介紹了一起因設備廠家裝配工藝不達標而導致的某站500 kV閘刀傳動失效，進而引發(fā)的單相接地短路故障案例原因分析與處理，同時介紹了避免GIS閘刀傳動失效的判斷方法，以期為GIS開關類設備氣室內部的實際狀態(tài)判別提供參考。

1 故障及排查情況

2020年3月24日，某500 kV變電站對500 kV 5022斷路器進行轉檢修過程中，該斷路器相關5735線路兩套差動保護動作，5023開關A相跳閘，重合閘動作，溝通三相動作，開關三相跳閘，一次接線如圖1所示。

圖1 一次接線圖

該站500 kV設備為3/2接線的HGIS設備，5735線出線套管兩側斷路器編號分別為5022開關、5023開關。故障發(fā)生后，檢查5022與5023開關間隔一次設備外觀均正常，電氣與機械指示均正確，5735線路壓變與避雷器外觀也無異常。檢查SOE時間順序記錄如表1所示。

表1 SOE時間順序表

對SOE事件進行分析，發(fā)現(xiàn)運維人員在操作過程中順序正確無誤，排除人為操作失誤因素。

對設備相關氣室進行SF氣體組分分析，發(fā)現(xiàn)50222閘刀與502227接地閘刀A相共用氣室氣體組分異常，具體如表2所示。

表2 氣室氣體組分表

對50222閘刀A相氣室氣體組分分析，判斷該氣室發(fā)生了放電故障，斷定故障點位于50222閘刀與502227接地閘刀A相共用氣室。

50222閘刀生產(chǎn)廠家為西安西電開關電氣有限公司，生產(chǎn)日期為2017年9月，投運日期為2018年6月，該設備自投運以來未進行過任何操作。

2 故障原因確認及分析

2.1 故障原因確認

確認故障氣室后，隨即申請將5375線路轉檢修進行故障檢查與處理。

首先對50222閘刀氣室進行X光檢查，以判斷氣室內部50222閘刀與502227閘刀的真實狀態(tài)，如圖2和圖3所示。

(a)502227閘刀氣室內部真實狀態(tài)(合閘) (b)502227閘刀外部機械指示圖2 502227閘刀X光與外部指示對比圖

(a)50222閘刀氣室內部真實狀態(tài)(合閘) (b)50222閘刀外部機械指示圖3 50222閘刀X光圖片與外部指示對比圖

由圖2(a)X光檢測照片與圖2(b)外部機械指示對比可以發(fā)現(xiàn)，502227接地閘刀氣室內部真實狀態(tài)與外部機械指示一致，接地閘刀處于合閘狀態(tài)。而由圖3發(fā)現(xiàn)50222閘刀氣室內部狀態(tài)與外部機械指示不一致，內部閘刀處于合位，而外部機械指示處于分位。

隨后對50222閘刀傳動部位進行X光檢測，如圖4所示，發(fā)現(xiàn)50222閘刀傳動部件固定螺栓疑似脫落。

確認原因后立即展開50222閘刀及5375線出線套管(共氣室)更換工作，并將故障氣室返廠解體檢修，發(fā)現(xiàn)接地開關靜側屏蔽對應的殼體內壁有黑色噴濺痕跡，具有明顯的氣室內部放電特征，如圖5所示。

圖4 50222閘刀傳動部件X射線圖片

圖5 50222閘刀氣室內部圖

對50222閘刀氣室內部傳動機構進行解體檢修，發(fā)現(xiàn)隔離開關動側絕緣拉桿上的拐臂與所連接的動觸頭上的連扳異常脫開，連接銷釘及兩側的黃銅墊圈脫落，具體如圖6所示。

進一步檢查發(fā)現(xiàn)，拐臂與連桿之間的銷釘未見明顯的防松膠痕跡，未達到場內裝配工藝標準。所以，該銷釘脫落是由于廠內裝配工藝不達標，防松膠涂覆不足導致的。本次單相接地短路是由廠內裝配工藝不達標而導致的設備故障。

圖6 隔離開關動觸頭傳動部件

2.2 故障原因分析

50222閘刀內部傳動部件如圖7所示，3號方框為隔離開關傳動連板與閘刀動觸頭相連的位置，2號方框部分為連板傳動環(huán)節(jié)，圖中1號方框中的拐臂為絕緣拉桿轉動拐臂，由外部閘刀機構通過絕緣拉桿轉動，達到控制氣室內部閘刀分合的目的，該拐臂通過銷釘與連板相連。

圖7 50222閘刀內部傳動示意圖(合閘狀態(tài))

正常情況下，當后臺發(fā)出分閘指令后，50222閘刀氣室外部機構動作，通過絕緣連桿帶動1號方框內的拐臂轉動，拐臂在轉動時帶動連桿動作，閘刀的動觸頭便朝著水平向分閘方向移動。

當1號方框內部的拐臂與連桿之間的銷釘脫落，拐臂與連桿傳動失效，即拐臂正常轉動，而連桿與閘刀動觸頭并未動作，仍處于合閘狀態(tài)。但此時閘刀氣室外部機構箱內的輔助開關已經(jīng)切換到位，信號回路判斷50222閘刀處于分位，邏輯閉鎖與電氣閉鎖已經(jīng)均符合邏輯，地刀帶電合閘，發(fā)生跳閘事故。

3 缺陷排查措施

GIS設備對于閘刀的實際狀態(tài)無法直接肉眼判斷，且閘刀與地刀之間沒有機械閉鎖，當發(fā)生類似傳動失效故障時，極易發(fā)生帶電合地刀的惡性事故，所以我們可以通過X射線技術來判斷閘刀在氣室內部的實際狀態(tài)。

在發(fā)生此類惡性事故后，檢修人員首先對故障搶修停電范圍內的9臺27相閘刀氣室內部實際位置進行X射線檢測均在分閘位置，如圖8所示。

隨后又組織對全站運行中的500 kV GIS閘刀傳動部件進行X射線檢測，運行區(qū)域內的閘刀傳動部位X光如圖9所示。

圖8 停電范圍內閘刀X射線圖

圖9 運行區(qū)域內閘刀傳動部位圖

可以看出所有閘刀均在合閘位置，拐臂都在伸直的位置，但是無法看到拐臂的細節(jié)，如定位螺釘、防松膠等等。

4 總結

本次單相接地短路故障給電網(wǎng)的生產(chǎn)運行帶來了不利的影響，是一起因設備制造廠裝配工藝不達標而導致的設備故障。為了防止類似設備故障再次發(fā)生，在組合電器的制造組裝環(huán)節(jié)要嚴格落實工藝管控要求，加強裝配工藝環(huán)節(jié)的監(jiān)督管理。此外在后期運行過程中，借助X光檢測技術來綜合判斷GIS閘刀設備內部觸頭的真實狀態(tài)，以期達到設備安全穩(wěn)定運行的目的。