某水電站500 kV GIS高壓開關(guān)故障機(jī)理與處理措施研究

唐亞波

（中國(guó)大唐集團(tuán)股份有限公司重慶分公司，重慶 400020）

0 引言

目前220 kV 以上的電廠高壓配電裝置普遍采用GIS（六氟化硫封閉式組合電器）形式，GIS 占地少、可靠性高，一般能做到免維護(hù)。GIS是電廠發(fā)電系統(tǒng)中的中樞，一旦發(fā)生故障將造成巨大的損失，不但故障停電范圍大，更加嚴(yán)重的是處理難度非常大。某大型水電站屬于省內(nèi)骨干水電站，GIS 電壓等級(jí)是500 kV，采用3/2主接線形式。由于GIS在前期廠內(nèi)制造工藝把控不嚴(yán)，陸續(xù)發(fā)生了不少問題。本文較詳細(xì)地闡述了其中一起較為嚴(yán)重的GIS高壓開關(guān)故障，分析了故障的原因，介紹了處理的措施。希望引起其他類似水電廠的重視，以采取有效的防范措施，避免發(fā)生類似故障。

1 故障現(xiàn)象描述

某水電站進(jìn)行2 號(hào)機(jī)組投產(chǎn)試驗(yàn)，將第二串GIS 聯(lián)絡(luò)開關(guān)5021開關(guān)由冷備用轉(zhuǎn)熱備用，17時(shí)29分運(yùn)行人員操作50212 刀閘合閘，17 時(shí)30 分10 秒50212刀閘合閘到位，17時(shí)33分49秒計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)出“開關(guān)站公用500 kV GIS 側(cè)2 號(hào)高壓電纜保護(hù)A屏保護(hù)動(dòng)作”“開關(guān)站公用500 kV GIS 2號(hào)高壓電纜保護(hù)B屏保護(hù)動(dòng)作”“500 kVⅠ母母線保護(hù)A屏母差動(dòng)作”等報(bào)警信號(hào)。

2 故障排查分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)故障定位

核實(shí)現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)動(dòng)作報(bào)告及故障錄波文件后分析，2 號(hào)主變高壓側(cè)電纜保護(hù)和500 kV I 母差動(dòng)保護(hù)屬正確動(dòng)作，故障類型為B相接地。根據(jù)保護(hù)CT配置，初步判斷故障位置在2號(hào)主變高壓側(cè)開關(guān)5021 氣室，通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)5021 開關(guān)氣室二氧化硫含量超標(biāo)，進(jìn)一步確定故障范圍為5021開關(guān)B相氣室。做好停電措施后，打開5021開關(guān)B相上端蓋板檢查，發(fā)現(xiàn)斷路器輔助絕緣拉桿斷裂且外殼有明顯電弧燒傷痕跡（見圖1）。

圖1 開關(guān)內(nèi)部圖

2.2 故障原因分析

經(jīng)分析，本次開關(guān)故障的直接原因是斷路器輔助絕緣拉桿斷裂，內(nèi)部絕緣被擊穿后放電。輔助絕緣拉桿結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 輔助絕緣拉桿結(jié)構(gòu)圖

斷路器輔助絕緣拉桿的作用有兩個(gè)：一是連接操作桿和動(dòng)觸頭裝配連桿，起操作導(dǎo)向作用；二是承擔(dān)內(nèi)部帶電部件對(duì)地絕緣，起絕緣作用[1]。絕緣拉桿的材質(zhì)為纖維強(qiáng)化塑料，由玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚脂、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂基體制造而成。

將斷裂的輔助絕緣拉桿返廠檢驗(yàn)后，檢驗(yàn)報(bào)告顯示材質(zhì)性能不合格。經(jīng)查驗(yàn)投產(chǎn)前輔助絕緣拉桿在廠內(nèi)制造的相關(guān)檢驗(yàn)記錄，發(fā)現(xiàn)缺失原材料入場(chǎng)檢驗(yàn)、相關(guān)性能試驗(yàn)報(bào)告。詢問生產(chǎn)廠家后得知：由于成本上升，降低了輔助絕緣拉桿材料采購(gòu)的成本，對(duì)輔助絕緣拉桿的廠內(nèi)制造質(zhì)量驗(yàn)收環(huán)節(jié)沒有進(jìn)行嚴(yán)格管理，導(dǎo)致輔助絕緣拉桿的制造工藝沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)要求。

3 故障處理方案

3.1 停電隔離

本次開關(guān)是屬于GIS 第二串聯(lián)絡(luò)開關(guān)，因而需把與第二串有電氣連接的開關(guān)停電隔離。具體措施如下：斷開500 kV 第一串1 號(hào)主變高壓側(cè)開關(guān)5011，斷開500 kV 第二串聯(lián)絡(luò)甲開關(guān)5022，斷開500 kV 第三串4 號(hào)主變高壓側(cè)開關(guān)5031，斷開500 kV 第二串2 號(hào)主變高壓側(cè)開關(guān)Ⅰ母?jìng)?cè)隔離刀閘50211，斷開500 kV 第二串2 號(hào)主變高壓側(cè)開關(guān)Ⅱ母?jìng)?cè)隔離刀閘50212，斷開500 kV 第一串1 號(hào)主變高壓側(cè)開關(guān)Ⅰ母?jìng)?cè)隔離刀閘50111，斷開500 kV 第三串4 號(hào)主變高壓側(cè)開關(guān)Ⅰ母?jìng)?cè)隔離刀閘50311，斷開500 kV 第二串聯(lián)絡(luò)甲開關(guān)Ⅰ母?jìng)?cè)隔離刀閘50221，斷開500 kV 第二串聯(lián)絡(luò)甲開關(guān)Ⅱ母?jìng)?cè)隔離刀閘50222，斷開500 kV第二串2號(hào)主變高壓側(cè)T區(qū)隔離刀閘50216，合上500 kV Ⅰ母接地刀閘5117，合上500 kV 第二串2 號(hào)主變高壓側(cè)T 區(qū)接地刀閘502167。

3.2 斷開5021開關(guān)

斷開500 kV第二串2號(hào)主變高壓側(cè)開關(guān)5021，釋放500 kV 第二串2 號(hào)主變高壓側(cè)開關(guān)5021B、C相操作機(jī)構(gòu)壓力至零壓，并確認(rèn)油泵電機(jī)電源斷開、控制回路及加熱回路電源斷開。

3.3 臨近氣室減壓

為確保作業(yè)期間安全，對(duì)臨近不聯(lián)通的氣室進(jìn)行降壓處理，將氣室壓力降至0.2 MPa（見圖3）。①將500 kV Ⅰ母氣室B 相（G05-11）中間聯(lián)通管斷開，將靠近50211 側(cè)氣室壓力回收至0.2 MPa；②將50221 氣室B、C 相（G08-5、G08-6）氣體回收至0.2 MPa；③將502167 B、C 相氣室（G07-2、G07-3）中間聯(lián)通管斷開，將50216B、C 相氣室氣體回收至0.2 MPa；④將50211氣室B相（G06-5）、50212氣室B相（G06-8）、502167 B、C 相氣室（G07-2、G07-3）氣體回收至零壓。

圖3 鄰近氣室降壓處理

3.4 拆除互感器和斷路器故障相

故障相拆除見圖4。①拆除2 號(hào)主變高壓側(cè)電壓互感器5021YH B、C相及其二次接線、底座支架；②對(duì)500 kV第二串2號(hào)主變高壓側(cè)開關(guān)5021B相上側(cè)母線加輔助支架；③拆除500 kV第二串2號(hào)主變高壓側(cè)開關(guān)5021B 相兩側(cè)CT 接線及CT 本體；④拆除500 kV 第二串2 號(hào)主變高壓側(cè)開關(guān)5021B、C 相二次接線及操作機(jī)構(gòu)本體；⑤拆除500 kV 第二串2號(hào)主變高壓側(cè)開關(guān)5021B 相本體，下落后整體移至空地，注意防潮、防塵處理。

圖4 故障相拆除圖

3.5 整體更換斷路器故障相

（1）整體更換5021 B 相，按解體步驟倒序進(jìn)行組裝恢復(fù)。

（2）組裝完成后，對(duì)解體斷路器氣室抽真空，真空度達(dá)到133 Pa 開始計(jì)時(shí)，維持真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)在30 min以上，停泵并與泵隔離，30 min后讀取真空度A；再靜觀5 h以上，讀取真空度B，要求B-A≤67 Pa（極限允許值133 Pa）才算合格；抽真空合格后充入合格的SF6氣體至0.1 MPa，測(cè)試微水合格后繼續(xù)充氣至額定壓力0.7 MPa（測(cè)試不合格重新進(jìn)行回收氣體并進(jìn)行抽真空），壓力減半氣室補(bǔ)充合格氣體至額定壓力0.45 MPa。

1.2.2 資料分析方法 資料的分析在訪談時(shí)即開始進(jìn)行。訪談過程中進(jìn)行觀察和記錄，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)筆記和錄音進(jìn)行標(biāo)記和歸檔。訪談資料分析嚴(yán)格采用內(nèi)容分析法進(jìn)行[7]，包括：①轉(zhuǎn)錄并反復(fù)閱讀，逐字逐句轉(zhuǎn)錄，反復(fù)聽錄音，核實(shí)并熟悉錄音內(nèi)容；②初步編碼，對(duì)反復(fù)出現(xiàn)的意義單元進(jìn)行編碼；③類屬分析，將編碼后的編碼進(jìn)行分類，形成主題；④將主題聯(lián)系到研究對(duì)象的完整敘述，主題如何支持?jǐn)?shù)據(jù)及既有的理論觀點(diǎn)，確認(rèn)分析是否完整；⑤明確主題的內(nèi)涵，明確各部分資料與各個(gè)主題的關(guān)系；⑥組織描述，將資料組織為對(duì)研究現(xiàn)象有意義的解釋。訪談資料轉(zhuǎn)錄、分析后，返回訪談對(duì)象處進(jìn)行求證，以確保分析結(jié)果與真實(shí)情況一致。

3.6 進(jìn)行修后相關(guān)試驗(yàn)

對(duì)新更換的5021 B相做相關(guān)試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后投入運(yùn)行，試驗(yàn)內(nèi)容如下：

（1）回路電阻測(cè)試。在組裝完后，充氣前完成，并與解體前所測(cè)的回路電阻做對(duì)比。

（2）微水測(cè)試。抽真空充氣至額定壓力，靜止24 h后測(cè)試微水，換算到20℃時(shí)斷路器氣室微水含量不大于150 ppm、其他氣室微水含量不大于250 ppm。

（3）包氣密檢查?？膳c測(cè)微水同時(shí)進(jìn)行。

（4）斷路器特性試驗(yàn)。

（5）考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，進(jìn)行反送電空載運(yùn)行試驗(yàn)，并進(jìn)行局部放電測(cè)試。

4 運(yùn)行防范措施

（2）定期測(cè)量各氣室氣體分解產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)異常立即進(jìn)行檢查，并查明原因。

（3）斷路器倒閘操作前后，由電氣一次專業(yè)人員檢查局放數(shù)據(jù)無(wú)異常后方可進(jìn)行進(jìn)一步操作；對(duì)隔離開關(guān)操作，一定要現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)斷路器是否分合閘到位，防止出現(xiàn)帶負(fù)荷操作刀閘。

（4）GIS檢修時(shí)重點(diǎn)排查同類型設(shè)備隱患。

（5）加強(qiáng)GIS 設(shè)備日常點(diǎn)檢及巡視，斷路器倒閘操作時(shí)、高溫及重負(fù)荷期間，將GIS設(shè)備作為重點(diǎn)檢查設(shè)備。

5 結(jié)語(yǔ)

GIS 在電廠中雖屬于免維護(hù)產(chǎn)品，但前提是設(shè)備的制造質(zhì)量和安裝質(zhì)量均達(dá)設(shè)計(jì)要求。對(duì)于斷路器內(nèi)部的零配件的質(zhì)量也不能忽視，本次故障就是因?yàn)榻^緣拉桿材質(zhì)不合格，造成大范圍停電，損失巨大。要高度重視GIS 設(shè)備在廠家制造的工藝，從材料檢驗(yàn)、裝配工藝、特性試驗(yàn)等全過程進(jìn)行監(jiān)管，把好GIS 駐場(chǎng)建造、出廠驗(yàn)收、現(xiàn)場(chǎng)安裝等全過程的質(zhì)量關(guān)，避免發(fā)生類似故障。