易 慧

(廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510000)

500 kV GIS開關(guān)防爆膜爆破事件處理及改進(jìn)措施

易 慧

(廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510000)

介紹了某站500 kV第3串聯(lián)絡(luò)5032開關(guān)因SF6氣體防爆膜動(dòng)作后氣體壓力釋放導(dǎo)致開關(guān)閉鎖分合閘的緊急缺陷處理過程，總結(jié)了500 kV開關(guān)閉鎖分合閘的處理原則，并對防爆膜爆破的原因進(jìn)行了分析與總結(jié)，提出了后續(xù)的維護(hù)改進(jìn)措施，確保GIS開關(guān)防爆膜正確動(dòng)作。

GIS開關(guān)；SF6氣體防爆膜；閉鎖分合閘；防爆膜爆破

0 概述

2014-08-17T14:58，某站就地監(jiān)控后臺(tái)發(fā)出“5032斷路器第一組控制回路斷線”“5032斷路器第二組控制回路斷線”“5032斷路器SF6壓力低閉鎖操作”等報(bào)文及光字牌，保護(hù)裝置操作箱一、二路分合閘位置指示燈熄滅。當(dāng)值值班負(fù)責(zé)人收集并初步確認(rèn)相關(guān)異常信號(hào)后，立即報(bào)告給調(diào)度?，F(xiàn)場進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)5032開關(guān)三相在合閘位置，C相開關(guān)氣室SF6壓力表壓力指示為0，防爆膜已動(dòng)作爆破(見圖1)。運(yùn)行人員立即意識(shí)到設(shè)備處于異常狀態(tài)，存在較大危險(xiǎn)，在初步檢查確認(rèn)設(shè)備情況后隨即離開設(shè)備現(xiàn)場；同時(shí)檢查確認(rèn)全站保護(hù)無動(dòng)作，錄波裝置無異常，無故障啟動(dòng)跡象。值班負(fù)責(zé)人檢查后基本確定是由于開關(guān)SF6壓力防爆膜動(dòng)作，導(dǎo)致氣室SF6壓力低引起開關(guān)閉鎖分合閘。此時(shí)500 kV 5032開關(guān)已不具備運(yùn)行條件，于是立即聯(lián)系調(diào)度，通過斷開相鄰的500 kV 5031，5033開關(guān)、220 kV 3號(hào)變2203開關(guān)、35 kV 3號(hào)變低303開關(guān)及順廣乙線對側(cè)開關(guān)后，在500 kV 5032開關(guān)無電壓無電流的情況下，拉開其兩側(cè)刀閘將其隔離。隨后通過邊開關(guān)恢復(fù)了500 kV 3號(hào)主變及順廣乙線運(yùn)行。

500 kV 5032開關(guān)C相防爆膜動(dòng)作前，全站設(shè)備正常運(yùn)行，無故障跳閘事件，也無穿越性故障電流，站內(nèi)監(jiān)控設(shè)備記錄無明顯的潮流、電壓波動(dòng)情況。防爆膜動(dòng)作以后，因GIS本體內(nèi)還存在一個(gè)大氣壓的SF6氣體，能夠確保在額定電壓下不被擊穿，因此尚未出現(xiàn)絕緣擊穿導(dǎo)致故障跳閘現(xiàn)象。

圖1 開關(guān)防爆膜動(dòng)作情況

1 500 kV開關(guān)閉鎖分合閘處理原則

一般情況下，應(yīng)先將異常開關(guān)兩側(cè)設(shè)備停電，再無壓拉開異常開關(guān)兩側(cè)刀閘將其隔離。

3/2接線方式下，僅在能夠確認(rèn)異常開關(guān)絕緣正常且存在2個(gè)及以上完整串運(yùn)行時(shí)，方可考慮通過直接拉開異常開關(guān)兩側(cè)刀閘的方法將其隔離。隔離操作過程中，不應(yīng)停用其他開關(guān)直流操作電源。

2 原因分析

2.1 基本運(yùn)行情況

該站5032開關(guān)為日本TMT&D株式會(huì)社生產(chǎn)的500-SFMT-63F型HGIS設(shè)備，斷路器設(shè)備編號(hào)C019817，2004年生產(chǎn)，2006年6月投運(yùn)，日常巡視周期為每天2次。500 kV 5032開關(guān)壓力防爆膜為美國安賽科(OSECO)產(chǎn)品，型號(hào)為PCR，類型為反拱十字槽型，主要材質(zhì)為鎳，防爆膜動(dòng)作壓力為0.9 MPa(20 ℃）。經(jīng)查看設(shè)備說明書和與廠家技術(shù)人員確認(rèn)，防爆膜沒有日常運(yùn)維要求，且為了人身安全，禁止人員在防爆膜附近逗留。受運(yùn)行環(huán)境的潮氣和雨水影響，各氣室防爆膜普遍附著綠色氧化物，其中朝下倒扣安裝的斷路器氣室防爆膜氧化程度較為嚴(yán)重，防爆膜外側(cè)有大量綠色氧化物生成。

該站500 kV HGIS斷路器氣室額定壓力為0.6 MPa，正常范圍為0.6-0.78 MPa。查閱2014 年3月以來該站500 kV HGIS氣室壓力巡視記錄，記錄的最高壓力為0.68 MPa，絕大多數(shù)記錄壓力在0.65 MPa以下，設(shè)備氣體壓力符合設(shè)備運(yùn)行要求，無超壓現(xiàn)象。

2.2 原因分析

2.2.1 氣室壓力分析

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程(PV=nRT)，氣體壓力跟其體積、溫度、物質(zhì)的量有關(guān)。由于設(shè)備運(yùn)行以來該氣室未補(bǔ)過氣，相鄰氣室為刀閘氣室，壓力較低，可認(rèn)為該氣室內(nèi)氣體量不變。而氣室的體積也可認(rèn)為不變，故氣室氣體壓力主要與其溫度有關(guān)。

由于SF6密度計(jì)顯示的為20 ℃時(shí)的相對壓力，根據(jù)以往記錄，該氣室氣體20 ℃時(shí)的相對壓力值為0.63 MPa。根據(jù)SF6氣體壓力與溫度關(guān)系曲線(見圖2)，事件發(fā)生時(shí)氣溫約為34 ℃，該溫度下氣室內(nèi)壓力約為0.665 MPa?？紤]到陽光照射和設(shè)備發(fā)熱的影響，氣室內(nèi)氣體實(shí)際壓力應(yīng)該大于0.665 MPa；但要達(dá)到防爆膜的額定爆破壓力，氣室內(nèi)氣體溫度需達(dá)到130 ℃，顯然該可能性極小。而在事件發(fā)生期間，5032開關(guān)無操作，無故障電流。在防爆膜更換檢修過程中，檢查C相氣室也未發(fā)現(xiàn)有放電痕跡，氣室內(nèi)溫度不會(huì)達(dá)到如此高的溫度。所以，本次事件應(yīng)與防爆膜爆破壓力降低或防爆膜質(zhì)量不合格有關(guān)。

2.2.2 防爆膜運(yùn)行性能分析

(1) 防爆膜外觀檢查。針對該站500 kV 5032開關(guān)三相防爆膜存在受腐蝕情況，對所有同類型的HGIS設(shè)備111片防爆膜(包括開關(guān)及刀閘氣室)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其存在以下幾個(gè)特點(diǎn)。

圖2 SF6壓力與溫度關(guān)系曲線

① 全部開關(guān)氣室防爆膜均有不同程度的腐蝕。包括刀閘氣室在內(nèi)的全部111片防爆膜中有84片出現(xiàn)了腐蝕。

② 腐蝕類型可分為點(diǎn)狀腐蝕和片狀腐蝕2種。84片出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象的防爆膜中有16片屬點(diǎn)狀腐蝕，68片屬片狀腐蝕。

③ 防爆膜腐蝕與安裝方式有關(guān)。倒扣式安裝的防爆膜都存在不同程度的腐蝕，而側(cè)立式安裝的防爆膜都沒有出現(xiàn)腐蝕。

④ 通過對比發(fā)現(xiàn)，防爆膜腐蝕程度與運(yùn)行時(shí)間有關(guān)，運(yùn)行時(shí)間越長，腐蝕程度越嚴(yán)重。

(2) 防爆膜爆破試驗(yàn)。為了評估表面腐蝕對防爆膜性能的影響，對原5032開關(guān)A，B相防爆膜、5042開關(guān)及50422刀閘三相防爆膜進(jìn)行了爆破試驗(yàn)?，F(xiàn)場采取的試驗(yàn)方式為：整體拆卸下SF6防爆膜安裝法蘭，安裝在試驗(yàn)平臺(tái)，用氮?dú)鈱Ψ辣ぜ訅骸ａ槍嗦菲鳉馐曳辣ぃ訅褐?.7 MPa時(shí)保持壓力1 min，再緩慢加壓直至防爆膜爆破。針對隔離開關(guān)氣室防爆膜，加壓至0.6 MPa時(shí)保持壓力1 min，再緩慢加壓直至防爆膜爆破。

通過對上述樣品的爆破檢查發(fā)現(xiàn)：

① 原裝防爆膜的額定壓力為0.9 MPa，爆破壓力基準(zhǔn)值為：0.855-0.945 MPa，氧化作用使得防爆膜的實(shí)際動(dòng)作壓力有下降的趨勢(見表1)。通過500 kV 5042開關(guān)三相及5032開關(guān)剩余兩相的防爆膜的實(shí)測爆破數(shù)據(jù)可以看到，5個(gè)樣品中有4個(gè)樣品的實(shí)際動(dòng)作值在額定爆破壓力的負(fù)下限范圍內(nèi)，且500 kV 5032開關(guān)的B相防爆膜爆破壓力值低于其額定壓力下限。

② 通過爆破后變形對比，尤其是將500 kV 5032開關(guān)C相防爆膜爆破后的變形情況與50422 B相刀閘防爆膜爆破后(爆破壓力實(shí)測值為0.8 MPa)的變形情況進(jìn)行對比，可以推測5032開關(guān)C相防爆膜爆破的壓力要小于0.85 MPa。500 kV 5032開關(guān)A，B相防爆膜爆破后，爆破裂片貼向夾持法蘭，而500 kV 50422開關(guān)B相及5032開關(guān)C相防爆膜爆破后，防爆膜裂片呈垂直狀態(tài)。

表1 防爆膜爆破壓力測試結(jié)果

(3) 防爆膜表面氧化物的組分分析。在一般環(huán)境下，該防爆膜使用壽命為30年，但若具體的使用環(huán)境不佳,防爆膜的爆破壓力值會(huì)降低。對5032開關(guān)C相防爆膜表面收集物(綠色)進(jìn)行組分分析發(fā)現(xiàn)，其中氧元素的含量超過30 %，硫、鎳元素的含量在1 %-30 %之間，氯元素含量低于1 %。因此，該物質(zhì)主要是鎳的化合物，具體為鎳的氧化物、硫化物及氯化物。結(jié)合該地區(qū)潮濕的氣候環(huán)境，尤其是夏天晝夜溫差大，很容易在倒扣的防爆膜的凹面形成凝露?？諝庵械囊恍┧嵝晕镔|(zhì)溶解到凝露中，加速對防爆膜的腐蝕，從而使其運(yùn)行性能劣化。劣化情況在防爆膜的外球面和破裂面得到證實(shí)，通過放大可觀察到在防爆膜外表面有腐蝕斑，破裂面也發(fā)現(xiàn)有變色物生成。

綜上所述，可初步認(rèn)為該站500 kV 5032開關(guān)C相防爆膜異常爆破是由防爆膜自身材質(zhì)劣化導(dǎo)致其運(yùn)行性能下降造成的。

3 改進(jìn)措施

(1) 結(jié)合停電更換防爆膜，將運(yùn)行中防爆膜的動(dòng)作壓力由原來的0.9 MPa提升到1.2 MPa。還未來得及停電更換的防爆膜則在其表面噴保護(hù)膜或油脂以阻止腐蝕進(jìn)一步發(fā)展。

(2) 加強(qiáng)對戶外運(yùn)行多年的該類型GIS設(shè)備的巡視，做好環(huán)境溫度及氣室壓力記錄，跟蹤腐蝕情況。巡視防爆膜時(shí)要特別注意保護(hù)自身安全。

(3) 鑒于該防爆膜運(yùn)行中突然爆裂對設(shè)備及電網(wǎng)可能造成較大沖擊，要求有關(guān)變電站編制相關(guān)事故處理預(yù)案，以便運(yùn)行人員在發(fā)生HGIS氣室防爆膜突然爆裂時(shí)果斷處置，防止擴(kuò)大事故。

4 結(jié)束語

防爆膜作為電力設(shè)備在故障情況下的重要保護(hù)組件，在正常情況下不應(yīng)動(dòng)作；但是如果運(yùn)行環(huán)境不佳，導(dǎo)致其運(yùn)行性能下降，將是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重大隱患，因此，在日常的運(yùn)行維護(hù)過程中必須高度重視其運(yùn)行工況。

2016-07-22。

易 慧(1980-)，男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行及與繼電保護(hù)相關(guān)的應(yīng)用研究工作，email：44150554@qq.com。