郭　雷　張海杰　陳仁剛　劉　況（國網山東省電力公司檢修公司，濟南　250118）

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一起220kV GIS設備內部放電故障分析及處理措施

郭雷張海杰陳仁剛劉況
（國網山東省電力公司檢修公司，濟南250118）

摘要GIS設備受裝配工藝、運行年限以及頻繁操作等因素影響，容易造成內部觸頭接觸不良，導致過熱、放電甚至爆炸等故障的發(fā)生。本文以一起220kV GIS設備內部放電故障為例，通過現(xiàn)場解體檢查及試驗分析，得出機構操作力設計裕度偏小導致合閘不到位是故障發(fā)生的主要原因。結合現(xiàn)場實際，制定了停電處理方案，并提出工藝流程及質量控制要求。最后，針對此類故障提出了相應的反事故措施，以進一步提高設備的可靠運行水平。

關鍵詞：GIS；內部放電；故障分析；處理措施

Analysis and Treatment Measures for Accident Caused by Internal Discharge of 220kV GIS

Guo LeiZhang HaijieChen RengangLiu Kuang
（Shandong Electric Power Maintenance Company， Ji’nan250118）

Abstract Assembly process， operating period and frequent operation are easy to cause the internal contact of GIS bad contact， leading to overheat， discharge even explosion accident. Taking the internal discharge of 220kV GIS as an example， by means of integrated inspection and test analysis on site， it is verified that the insufficiency of operation force of mechanism， which causing uncompleted closing is the main reason for the accident. Based on site actual conditions， the paper described the outage treatment method and put forward the technological process and quality control requirement. Finally， According to the accident， the preventive measures are put forward， which improve the level of the reliable operation of the equipment.

Keywords：GIS; internal discharge; fault analysis; treatment measures

氣體絕緣金屬封閉開關設備（Gas Insulated Switchgear，GIS）以其結構緊湊、占地空間小、維護工作少等優(yōu)點在電力系統(tǒng)得到廣泛的應用[1]。目前國內新投運變電站幾乎全部采用GIS設備，隨著應用數(shù)量的日益增多，GIS設備在實際運行過程中遇到的問題也越來越多，如漏氣、內部放電以及閃絡等，經統(tǒng)計，國內GIS設備故障中以內部放電最為常見，約占總故障量的57%。根據(jù)相關報道[2]，內部放電可分為四類：絕緣子內部缺陷引起的放電、絕緣子表面附著導電微粒引起的放電、組裝部件位移引起的放電和導體連接處接觸不良引起的放電。GIS內部放電造成的跳閘事故嚴重危害著電網的安全穩(wěn)定運行。

針對GIS內部放電故障，目前，國內外已開展了多種帶電檢測手段，例如超聲、特高頻局放檢測、紅外測溫以及氣體組分檢測等，發(fā)現(xiàn)了多起典型案例[3-4]，但由于多數(shù)放電具有瞬時性和復雜性等特點，故障發(fā)生前很難有效的檢測出來，因此，通過深入分析事故原因，制定有效的預防措施可進一步避免事故的發(fā)生。

本文以一起220kV GIS內部放電故障為例，通過對故障設備進行解體檢查及試驗，詳細分析事故的具體原因，制定相應的處理方案，并提出了預防及反事故措施。

1　故障經過

1.1開關跳閘情況

2014年8月23日06∶55分，某變電站220kV一出線間隔B相GIS設備發(fā)生故障，差動保護動作，故障電流28.95kA，故障造成#2A母線所帶8組220kV斷路器相繼跳閘。監(jiān)控后臺顯示：220kV故障間隔-2刀閘氣室氣體密度低告警。

故障前，220kV故障間隔配合相鄰間隔內部發(fā)熱消缺停電，無檢修工作，8月22日18∶37分故障間隔恢復送電，8月23日0∶52分，故障間隔開始帶負荷運行，03∶00負荷電流穩(wěn)定在830A。

圖1　故障間隔故障前負荷曲線圖

1.2設備運行情況

該站220kV GIS型號為ZF11-252/3150-50，2006 年5月27日投運。該設備2008年后已發(fā)生過3次內部放電擊穿故障。分別為2008年9月30日，220kV一出線母線側CT故障，導致220kV #1A母線跳閘，廠家確認該CT內使用了硫化絕緣膠板，在長時間的運行及操作過程中電弧的作用下，硫分子析出，與導電桿接頭上所鍍的銀發(fā)生化學反應產生硫化銀，噴到絕緣筒內壁，造成CT內部沿面放電。2013 年7月21日，因202-3刀閘B相氣室內部故障，導致差動電流速斷保護動作，引起#2主變跳閘。2014 年8月13日，檢修人員紅外測溫發(fā)現(xiàn)該站220kV分段22F開關A相CT與22F-B刀閘之間發(fā)熱，高位筒體最高溫度為38.3℃，較底部筒體高出10℃?，F(xiàn)場初步分析為內部導電體接觸不良導致發(fā)熱，立即申請停電處理。解體后檢查，經檢修人員綜合判斷分析得出原因如下：①電連接導電座與小觸指座螺栓壓接不緊；②早期制造工藝不良，觸指不能與導電桿有效全部接觸，導致電流不能均勻通過觸指（27片），造成局部觸指發(fā)熱。

1.3現(xiàn)場檢查情況

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)故障間隔-2刀閘B相氣室爆開，氣室內接地刀閘碎裂，筒體內部表面變色有明顯放電痕跡，動靜觸頭燒灼嚴重，約有1cm間隙，吸附劑顆粒散落在下方絕緣子表面，周圍多處散落有絕緣盆、密封罩及刀閘傳動機構碎片。

圖2　故障間隔現(xiàn)場情況

圖3　故障相放電情況

2　故障原因分析

2.1觸頭插入深度分析

根據(jù)現(xiàn)場檢查情況，初步判斷故障間隔-2刀閘氣室內部拉弧放電，燒蝕動、靜觸頭及中間電連接屏蔽罩，內部氣體壓力驟升，致使氣室爆開。

為進一步分析故障原因，對故障間隔刀閘進行返廠解體檢查，發(fā)現(xiàn)A、C相刀閘動、靜觸頭均有不同程度的放電燒蝕痕跡。

圖4　A相動、靜觸頭燒蝕情況

觀察發(fā)現(xiàn)A相靜觸頭27片觸指中，有部分觸指顏色較深，且基本均勻分布，初步分析由于插入深度不足導致部分觸指未接觸，接觸部分的觸指通流過熱后顏色發(fā)生變化，插入狀態(tài)無明顯偏心現(xiàn)象。

圖5　C相動、靜觸頭燒蝕情況

C相靜觸頭燒蝕情況較A相嚴重，有一片弧觸指燒蝕融化，該片弧觸指對應靜觸頭觸指位置燒蝕嚴重，判斷C相動觸頭除插入深度不夠，還應存在偏心情況。

故障間隔刀閘采用的是彈簧操動機構，三相聯(lián)動，B相隔離開關動、靜觸頭在故障中燒損嚴重，無法通過尺寸測量判斷動靜觸頭原始接觸狀態(tài)，因此，只能通過測量A、C相動觸頭插入尺寸推斷B相動觸頭故障前插入情況。通過測量，刀閘手動合閘到位后插入深度為33mm，而對故障刀閘進行電動測試，測量A、C相動觸頭插入深度分別為20mm 和23mm。與合閘到位后插入深度相比分別欠13mm 和10mm。

對A、C相故障前插入狀態(tài)復原，如圖6、圖7所示。

圖6　A相故障狀態(tài)復原

圖7　C相故障狀態(tài)復原

通過A、C相的故障狀態(tài)判定B相合閘不到位，即動觸頭并未完全插入靜觸頭中，處于虛接狀態(tài)，導致動、靜觸頭間拉弧放電。

2.2機構輸出角度分析

為分析隔離開關合閘不到位原因，對故障隔離開關機構輸出角度進行測量。該隔離開關操動機構分合閘轉角設計要求為76°～82°。對故障隔離開關，進行電動分合閘操作試驗，轉角測量結果為分閘72.32°，合閘72.59°，不滿足設計要求。因此判定故障隔離開關合閘不到位的原因為操動機構輸出角度不夠。

為進一步分析操動機構輸出角度不夠的原因，對機構彈簧進行檢測。選取5根彈簧進行計量（其中故障間隔-2隔離開關機構彈簧（項6彈簧）1根、故障間隔快速接地開關機構彈簧（項5彈簧）1根、故障間隔-3隔離開關機構彈簧（項4彈簧）1根、現(xiàn)場更換下來的彈簧（項6彈簧）2根），檢測結果見表1。

表1　彈簧檢測結果

根據(jù)測量結果表明項4型號彈簧實測值在設計要求中心值以上，項5、項6型號彈簧實測值均在設計要求中心值以下，其中故障間隔-2隔離開關機構中彈簧P1值為1980N，P2值為3640N，均接近設計要求值下限。其中變電站現(xiàn)場檢查過程中，采用項4型號彈簧的-3隔離開關未發(fā)現(xiàn)合閘不到位情況，與檢測結果對應。而其余所有采用項5、項6型號彈簧的-1、-2隔離開關及快速接地開關均存在合閘不到位情況。因此判定機構輸出角度不夠是由彈簧壓縮儲能不足引起的。

綜上所述，可得出如下結論：造成本次故障發(fā)生的直接原因為故障隔離開關合閘不到位，動、靜觸頭處于虛接狀態(tài)，設備在運行后動、靜觸頭持續(xù)發(fā)熱，造成B相觸頭燒蝕，氣室內部氣壓驟升，接地開關底座炸裂；造成故障隔離開關合閘不到位的根本原因為機構彈簧儲能不能完全滿足合閘操作需要。機構操作力設計裕度偏小，隔離開關機構長時間運行，其彈簧力值變化至設計要求下限后，不能保證現(xiàn)場設備因銹蝕等原因造成阻尼增大后的可靠合閘。

3　處理及反事故措施

3.1停電處理方案

經技術人員商討，處理方案確定為A段兩條母線同時停電檢修，整體更換故障間隔-1、-2、-3隔離開關。示意圖如圖8所示。

圖8　現(xiàn)場更換故障間隔部件示意圖

具體的工藝流程如下：

1）方案制定及前期準備工作。

2）回收隔離開關、母線及套管氣室氣體至零表壓，將相鄰氣室壓力降至0.3MPa。

3）拆除一次引線、套管、分支母線及主導體。

4）拆除隔離開關機構及本體。

5）清理CT和分支母線氣室并打磨筒體接觸端面，更換吸附劑。

6）安裝隔離開關本體、機構及套管，對本體、套管及母線氣室抽真空，注SF6氣體，二次接線。

7）靜置24h，進行微水、直阻、檢漏試驗，合格后進行耐壓、局放試驗。

8）恢復一次引線，清理現(xiàn)場。

GIS故障現(xiàn)場處理過程中需要注意以下問題：

1）作業(yè)環(huán)境要求：浮動粉塵小于20CPM （0.2mg/m3）；相對濕度小于70%。

2）吸附劑的更換：不能在雨中或濕度大于80%時更換；吸附劑從密封裝置中取出到裝入設備在大氣中暴露時間應盡量縮短，一般不超過15min，安裝好后應立即對該設備氣室抽真空。

3）抽真空及充SF6氣體：抽真空到40Pa后關閉設備氣體入口閥門并靜置4h，之后打開閥門觀察靜置前后真空度變化值，若大于133Pa則應再循環(huán)一次，若小于133Pa則繼續(xù)抽2h，充分利用真空狀態(tài)汽化設備內的水分。抽真空結束后以緩慢的速度把SF6氣室氣體充至額定壓力。

4）耐壓試驗：耐壓試驗前必須把GIS上所有電流互感器的二次繞組抽頭短路并接地，同時斷開出線避雷器及電壓互感器，并可靠接地[5-6]。

3.2反事故措施

為防止此類事故再次發(fā)生，現(xiàn)有針對性的提出如下措施：

1）對同期同類產品GIS隔離、接地開關分、合閘位置指示劃線，以便確認同類其他產品是否出現(xiàn)類似問題，若有應盡快更換隔離、接地開關所配彈簧操動機構中的彈簧。

2）運維人員在進行隔離開關和接地開關操作后，應核對分合閘指示位置，確認分合閘到位。隔離開關合閘送電后，應立即進行超聲波、特高頻局放檢測，并及時對操作合閘后的隔離開關氣室進行紅外測溫及氣體組分測試，確保提早發(fā)現(xiàn)內部缺陷。

3）加強對運行中的GIS設備進行定期檢修維護，如除塵、除銹、去污以及轉動部件增加潤滑劑等措施。

4）積極開展帶電檢測工作，深入分析同設備不同時期的試驗數(shù)據(jù)，準確判斷設備運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)問題妥善處理[7-8]。

4　結論

針對一起220kV GIS設備內部放電故障，通過現(xiàn)場檢查及返廠解體試驗等方法，確定了機構輸出角度不夠是造成刀閘合閘不到位、運行后刀閘觸頭發(fā)熱并最終導致氣室炸裂的主要原因，并經過多次試驗得出彈簧儲能不足是造成機構輸出角度不夠的直接原因。

此類故障是變電站內GIS電氣設備發(fā)生內部放電的一個典型事例，故障輕者發(fā)生閃絡，重者導致殼體炸裂，嚴重危害著人身安全及電網設備的安全穩(wěn)定運行。因此，結合此次故障，分別從設備隱患排查、設備運行維護以及加強帶電檢測等方面提出了預防和反事故措施，確保設備在裝配后以最佳狀態(tài)運行。另外，進一步明確了專業(yè)技術人員在檢修中注意的要點，并提出了相應的質量控制要求，以

進一步規(guī)范GIS設備的檢修工藝流程。

參考文獻

[1]王卉， 陳楷. 220kVGIS母線事故處理方法探析[J].中國電力教育， 2010（32）: 259-260.

[2]付文光， 楊玥， 韓磊， 等. GIS內部放電缺陷的綜合診斷方法與實踐[J]. 電氣技術， 2013（2）: 44-46.

[3]吳迪， 陳仁剛， 崔勇， 等. 一起500kV GIS異響缺陷的檢測分析與處理[J]. 電氣技術， 2014（11）: 43-46，54.

[4]王萬寶， 李永寧， 周迎新， 等. GIS超聲波局部放電檢測技術的應用分析[J]. 電氣技術， 2012（2）: 49-52.

[5]劉洪正. 高壓組合電器[M]. 北京：中國電力出版社，2013.

[6]孫茁， 薛源， 郭宏偉. 126kV GIS設備典型故障分析與處理[J]. 高壓電器， 2010（11）: 95-98， 102.

[7]李繼勝， 趙學風， 楊景剛， 等. GIS典型缺陷局部放電測量與分析[J]. 高電壓技術， 2009， 35（10）: 2440-2445.

[8]顧樂， 陳雋， 劉文浩， 等. GIS局部放電圓板型內置傳感器性能影響因素的研究[J]. 高壓電器， 2012，48（2）: 55-59.

郭雷（1977-），男，山東濟寧人，高級工程師，主要從事高壓電氣設備管理方面工作。

作者簡介