550kV GIS隔離開(kāi)關(guān)故障分析及解決措施

福州理工學(xué)院 陳錦云 上?？岛悱h(huán)境股份有限公司 楊銘澤

GIS氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備是由多種高壓電器組合封閉在接地的金屬殼體內(nèi)，殼內(nèi)充以一定壓力的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)的組合電器。GIS具有占地面積小、噪音低、無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn)、檢修周期長(zhǎng)、運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。但該類型設(shè)備也存在一次性投資較大、故障點(diǎn)不易查找、發(fā)生故障時(shí)多造成設(shè)備停電損失大等問(wèn)題[1]。本文對(duì)一起550kV GIS隔離開(kāi)關(guān)事故進(jìn)行分析，并提出防范措施，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性。

故障發(fā)生時(shí)保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘，系統(tǒng)中5041/5042短引線保護(hù)采到50416刀閘故障電流有效值16.35kA，5041開(kāi)關(guān)采到故障電流9.06kA，5042開(kāi)關(guān)采到故障電流7.29kA，主變高壓側(cè)套管故障電流4.64kA，主變高壓側(cè)B相電壓、500kV線路B相電壓均為0，其它相電壓及電流反應(yīng)均正常。同時(shí)檢查檢測(cè)GIS各氣室SF6氣體成份，發(fā)現(xiàn)50416刀閘氣室SF6氣體成份中H2S氣體含量為98.68ppm、SO2氣體含量為77.69ppm，其它氣室SF6成份正常。從保護(hù)動(dòng)作跳閘采集到的的電流電壓數(shù)據(jù)，以及GIS各氣室SF6氣體成份分析，確認(rèn)故障位置為50416刀閘B相，故障性質(zhì)為50416刀閘B相金屬性單相接地故障。

1 原因分析

解體50416B相刀閘以及相關(guān)的氣室后檢查發(fā)現(xiàn)，元件的主要損傷情況有:50416B相隔離開(kāi)關(guān)絕緣拉桿燒損及表面碳化、絕緣拉桿兩側(cè)屏蔽罩燒損，以及由于電弧的產(chǎn)生及運(yùn)動(dòng)造成對(duì)隔離開(kāi)關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)室內(nèi)表面多處燒傷。

1.1 事故發(fā)生的直接原因

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)故障元件解體看到，隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭外屏蔽罩和隔離開(kāi)關(guān)尾部屏蔽罩燒損較嚴(yán)重，絕緣拉桿上平面燒損也比較嚴(yán)重（圖1），因此認(rèn)為隔離開(kāi)關(guān)絕緣拉桿表面首先閃落而產(chǎn)生放電是引發(fā)隔離開(kāi)關(guān)對(duì)地閃絡(luò)事故的原因。比較該項(xiàng)目電廠剛投運(yùn)時(shí)其中隔離開(kāi)關(guān)絕緣拉桿先后發(fā)生兩次放電情況，其放電位置與本次事故放電位置一致。兩次放電痕跡清楚的表明，隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭外屏蔽罩燒損，隔離開(kāi)關(guān)尾部屏蔽罩左上方燒損，絕緣拉桿上表面有燒損痕跡（圖2、圖3），因此認(rèn)為也是絕緣拉桿上表面沿面先閃絡(luò)再引發(fā)接地放電保護(hù)動(dòng)作跳閘。

圖1 本次隔離開(kāi)關(guān)絕緣拉桿放電的照片

圖2 第一次隔離開(kāi)關(guān)絕緣拉桿放電的照片

圖3 第二次隔離開(kāi)關(guān)絕緣拉桿放電的照片

在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)事故元件的詳細(xì)檢查和初步分析的基礎(chǔ)上，并結(jié)合前兩次發(fā)生的絕緣拉桿表面放電燒損的情況分析，本次事故的直接原因是：絕緣拉桿上表面沿面先閃絡(luò)再引發(fā)接地放電保護(hù)動(dòng)作跳閘。

1.2 GIS隔離開(kāi)關(guān)絕緣結(jié)構(gòu)分析

從結(jié)構(gòu)上分析該隔離開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)絕緣型式試驗(yàn)的考核證明其絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理的、可靠的，而且在第二次事故發(fā)生后重新對(duì)該隔離開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電場(chǎng)分析，計(jì)算結(jié)果表明該隔離開(kāi)關(guān)電場(chǎng)結(jié)構(gòu)完全滿足技術(shù)協(xié)議規(guī)定的絕緣要求、并具有十分大的裕度。因此可徹底排除因設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)問(wèn)題造成本次故障的可能。與其同樣結(jié)構(gòu)的隔離開(kāi)關(guān)的產(chǎn)品，例如其他項(xiàng)目工程已正常運(yùn)行了兩年多，沒(méi)有上述同類故障問(wèn)題發(fā)生，這也充分證明了該絕緣結(jié)構(gòu)并不是造成本次故障的原因。

GIS設(shè)備廠的出廠絕緣試驗(yàn)工裝設(shè)備含同類結(jié)構(gòu)的兩個(gè)隔離開(kāi)關(guān)，該設(shè)備要對(duì)每個(gè)550kV GIS安裝單元做一次耐壓試驗(yàn)，對(duì)每個(gè)隔離開(kāi)關(guān)安裝單元做兩次耐壓試驗(yàn)（740kV 1min），且要對(duì)斷路器、10%安裝單元做1675kV雷電沖擊耐壓試驗(yàn)，該試驗(yàn)工裝曾經(jīng)累計(jì)耐壓操作次數(shù)達(dá)到500多次，絕緣拉桿沒(méi)更換過(guò)且無(wú)任何損傷。這更進(jìn)一步證明絕緣結(jié)構(gòu)沒(méi)有問(wèn)題，同時(shí)也說(shuō)明絕緣拉桿質(zhì)量問(wèn)題也不是普遍現(xiàn)象。

1.3 故障根本原因分析

在解體故障實(shí)物，以及在上述絕緣結(jié)構(gòu)的分析基礎(chǔ)上，認(rèn)為導(dǎo)致本次事故的根本原因?yàn)椋?0416B相絕緣拉桿在產(chǎn)品組裝時(shí)其上部外表面殘留有微量粉塵雜質(zhì)且未能及時(shí)清理干凈，或拉桿本身外表面存在局部的缺陷，例如表面可能有涂層灰塵雜質(zhì),都可能不同程度的導(dǎo)致GIS內(nèi)部電場(chǎng)發(fā)生畸變，使得局部電場(chǎng)加強(qiáng)而產(chǎn)生局部放電,在運(yùn)行電壓長(zhǎng)期作用下，此局部放電將引起絕緣快速劣化，最后造成絕緣拉桿表面閃絡(luò)放電。該拉桿雖為進(jìn)口件，同時(shí)也經(jīng)過(guò)了出廠耐壓試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)交接驗(yàn)收耐壓試驗(yàn)，但由于存在上述缺陷，在耐受較高電壓后可能在絕緣拉桿表面形成了非貫穿放電痕跡，這些痕跡經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的帶壓運(yùn)行后，逐漸向前延伸，最終造成對(duì)地閃絡(luò)。

2 解決對(duì)策及建議

現(xiàn)場(chǎng)放電事故采取的相應(yīng)措施：為盡快恢復(fù)電廠供電，通過(guò)分析明確系此相隔離開(kāi)關(guān)絕緣拉桿在總裝試驗(yàn)等環(huán)節(jié)存在缺陷隱患導(dǎo)致，故采取了在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)事故中損壞的零部件進(jìn)行了更換：更換SF6分解物污染的母線相關(guān)元件（密封圈、觸指、觸指架）；更換50416B相隔離開(kāi)關(guān)因短路電流作用而損壞燒損元件（動(dòng)、靜觸頭、動(dòng)側(cè)屏蔽罩、觸頭座、絕緣拉桿及隔板、密封圈等受損元件）；嚴(yán)格按造GIS清潔工藝清理由于事故而產(chǎn)生污染的元件，如罐體內(nèi)表面、導(dǎo)體內(nèi)外表面，確保裝配元件的清潔度。裝配完每一個(gè)單元后，進(jìn)行了主回路電阻測(cè)量、隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)量、SF6氣室微水含量測(cè)量、SF6氣體漏氣量檢測(cè)、二次接線檢查、主回路工頻耐壓（80%額定工頻耐受電壓）等試驗(yàn)項(xiàng)目。

運(yùn)行維護(hù)中采取的措施：為保證經(jīng)過(guò)故障處理后設(shè)備安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行，不再因此類缺陷隱患導(dǎo)致發(fā)生設(shè)備故障停電造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，在運(yùn)行維護(hù)中應(yīng)加強(qiáng)GIS各部件氣室的運(yùn)行數(shù)據(jù)巡檢分析，主要是加強(qiáng)運(yùn)行中設(shè)備有無(wú)異常放電聲音、各氣室SF6氣室壓力是否在正常范圍、各項(xiàng)電壓電流是否平衡，以及應(yīng)用GIS局部放電檢測(cè)技術(shù)加強(qiáng)運(yùn)行中局部放電的檢測(cè)，如有異常應(yīng)立即安排處理，避免缺陷的進(jìn)一步擴(kuò)大，造成跳閘停電損失重大。

裝配總裝環(huán)節(jié)質(zhì)量控制建議：重視GIS制造工藝的各環(huán)節(jié)審查，嚴(yán)格控制各工序質(zhì)量，提高設(shè)備的制造質(zhì)量；嚴(yán)格GIS設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試的質(zhì)量管理，并按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程對(duì)設(shè)備進(jìn)行逐一排查，發(fā)現(xiàn)微小的異常均應(yīng)引起足夠重視；除運(yùn)行中通過(guò)各種離線和在線試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備及時(shí)掌握GIS設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)外，在設(shè)備裝配總裝試驗(yàn)環(huán)節(jié)更要加強(qiáng)每一道工序的質(zhì)量控制，把缺陷隱患消除在設(shè)備投運(yùn)前，避免運(yùn)行中造成重大的停電經(jīng)濟(jì)損失。

效果檢查：按照以上提出的解決對(duì)策并經(jīng)各項(xiàng)試驗(yàn)合格后，開(kāi)始投入運(yùn)行，運(yùn)行中密切監(jiān)視SF6各氣室壓力正常，監(jiān)測(cè)的各項(xiàng)電壓電流均正常，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行聲音正常，運(yùn)行至今未再發(fā)現(xiàn)異常和故障，設(shè)備運(yùn)行良好。

綜上，GIS電氣設(shè)備以運(yùn)行可靠性高、檢修維護(hù)工作量小、故障發(fā)生率低等優(yōu)點(diǎn)在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，但GIS—旦發(fā)生故障，其檢修拆卸工作量大、停電時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重影響廠站正常供送電。因此對(duì)于如何減少GIS故障發(fā)生率，以及故障發(fā)生后如何進(jìn)行檢查、分析、處理是非常重要的。本文詳細(xì)闡述了該電廠GIS隔離開(kāi)關(guān)B相絕緣拉桿放電故障分析及處理過(guò)程，并提出改進(jìn)措施及建議，解決了設(shè)備隱患。對(duì)提高GIS隔離開(kāi)關(guān)運(yùn)行安全性具有一定的意義，為同類設(shè)備電廠提供參考和依據(jù)。