馬曉琴 劉靜

摘要：缺相運(yùn)行指設(shè)備缺少一相或者二相的運(yùn)行狀態(tài)。缺相運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)的負(fù)面影響主要表現(xiàn)：一是缺相產(chǎn)生的負(fù)序電流可能引起發(fā)電機(jī)振動(dòng)，同時(shí)增加附加損耗;二是使變壓器三相電流不平衡，可能引起個(gè)別繞組過(guò)負(fù)荷而其余繞組輕負(fù)荷;三是引起三相電壓不平衡，對(duì)用戶設(shè)備產(chǎn)生不利影響;四是使與電力線路同桿架設(shè)的通信線路產(chǎn)生危險(xiǎn)的過(guò)電壓，危及人身、設(shè)備安全;五是可能引起繼電保護(hù)誤動(dòng)作;六是對(duì)直接接地系統(tǒng)可能產(chǎn)生跨步電壓，危及人身安全;七是系統(tǒng)潮流不能經(jīng)濟(jì)分配，引起損耗增大。目前對(duì)缺相運(yùn)行事故的處理，基本上采用直接切除，這可能造成較大的負(fù)荷損失。

關(guān)鍵詞：110kV;GIS;斷路器;缺陷故障;處理;分析

1導(dǎo)言

斷路器是指能夠關(guān)合、承載和開(kāi)斷正?；芈窏l件下的電流并能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)關(guān)合、承載和開(kāi)斷異?；芈窏l件下的電流的開(kāi)關(guān)裝置。斷路器按其使用范圍分為高壓斷路器與低壓斷路器，高低壓界線劃分比較模糊，一般將3kV以上的稱為高壓電器。斷路器可用來(lái)分配電能，不頻繁地啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)電源線路及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過(guò)載或者短路及欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器式開(kāi)關(guān)與過(guò)欠熱繼電器等的組合。而且在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰兏悴考?。目前，已獲得了廣泛的應(yīng)用。電的產(chǎn)生、輸送、使用中，配電是一個(gè)極其重要的環(huán)節(jié)。配電系統(tǒng)包括變壓器和各種高低壓電器設(shè)備，低壓斷路器則是一種使用量大面廣的電器。

2故障前運(yùn)行方式

某110kV GIS站的一次接線其為內(nèi)橋接線，兩條電源進(jìn)線分別為110kV 151間隔進(jìn)線及110kV 152間隔進(jìn)線，10kV為單母分段接線。該變電站事故前正進(jìn)行解環(huán)操作，151斷路器、152斷路器和110kV內(nèi)橋112斷路器均在合位。此時(shí)1#主變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，2#主變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行，901斷路器、902斷路器在合位，10kV分段912斷路器在分位。

3斷路器工作原理

斷路器一般由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、脫扣器、外殼等構(gòu)成。當(dāng)短路時(shí)，大電流（一般10至12倍）產(chǎn)生的磁場(chǎng)克服反力彈簧，脫扣器拉動(dòng)操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)瞬時(shí)跳閘。當(dāng)過(guò)載時(shí)，電流變大，發(fā)熱量加劇，雙金屬片變形到一定程度推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作（電流越大，動(dòng)作時(shí)間越短）。有電子型的，使用互感器采集各相電流大小，與設(shè)定值比較，當(dāng)電流異常時(shí)微處理器發(fā)出信號(hào)，使電子脫扣器帶動(dòng)操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作。斷路器的作用是切斷和接通負(fù)荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴(kuò)大，保證安全運(yùn)行。而高壓斷路器要開(kāi)斷1500V，電流為1500-2000A的電弧，這些電弧可拉長(zhǎng)至2m仍然繼續(xù)燃燒不熄滅。故滅弧是高壓斷路器必須解決的問(wèn)題。吹弧熄弧的原理主要是冷卻電弧減弱熱游離，另一方面通過(guò)吹弧拉長(zhǎng)電弧加強(qiáng)帶電粒子的復(fù)合和擴(kuò)散，同時(shí)把弧隙中的帶電粒子吹散，迅速恢復(fù)介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度。低壓斷路器也稱為自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，可用來(lái)接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路，也可用來(lái)控制不頻繁起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。它功能相當(dāng)于閘刀開(kāi)關(guān)、過(guò)電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護(hù)器等電器部分或全部的功能總和，是低壓配電網(wǎng)中一種重要的保護(hù)電器。低壓斷路器具有多種保護(hù)功能（過(guò)載、短路、欠電壓保護(hù)等）、動(dòng)作值可調(diào)、分?jǐn)嗄芰Ω?、操作方便、安全等?yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)和工作原理低壓斷路器由操作機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)、保護(hù)裝置（各種脫扣器）、滅弧系統(tǒng)等組成。低壓斷路器的主觸點(diǎn)是靠手動(dòng)操作或電動(dòng)合閘的。主觸點(diǎn)閉合后，自由脫扣機(jī)構(gòu)將主觸點(diǎn)鎖在合閘位置上。過(guò)電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯(lián)，欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯(lián)。當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過(guò)載時(shí)，過(guò)電流脫扣器的銜鐵吸合，使自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，主觸點(diǎn)斷開(kāi)主電路。

4故障查找

4.1SF6分解產(chǎn)物檢測(cè)

故障發(fā)生后，對(duì)152斷路器氣室（152斷路器和152斷路器TA位于同一氣室）開(kāi)展SF6氣體診斷試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)152斷路器氣室SF6分解產(chǎn)物含量異常，其SO2含量為138.6μL/L，H2S含量為131.8μL/L，CO含量為735.5μL/L，遠(yuǎn)高于H2S、SO2的注意值1μL/L。SO2和H2S是判斷GIS等SF6氣體設(shè)備是否存在放電、過(guò)熱故障的重要指標(biāo)，因此從測(cè)試結(jié)果可以推斷，在152斷路器氣室內(nèi)發(fā)生了嚴(yán)重放電。

4.2解體分析

從前文來(lái)看，152斷路器缺相是導(dǎo)致此次事故的主要原因，而斷路器缺相很有可能是由于合閘不到位引起的。因此，事故發(fā)生后，檢修和廠家人員首先對(duì)152斷路器機(jī)構(gòu)箱進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)152斷路器機(jī)構(gòu)底座緊固螺栓一側(cè)明顯松動(dòng)，另一側(cè)底座緊固螺栓已經(jīng)完全脫落。從而導(dǎo)致機(jī)構(gòu)底座松動(dòng)，且存在明顯間隙。由于整個(gè)機(jī)構(gòu)固定不牢，處于晃動(dòng)狀態(tài)，因此，斷路器在分合閘過(guò)程中，其操動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)在外力下?lián)u晃，使傳動(dòng)連桿不能準(zhǔn)確地將行程傳遞給動(dòng)觸頭，致使斷路器觸頭分合閘行程不夠，合閘時(shí)動(dòng)靜觸頭虛接或接觸不良;分閘時(shí)動(dòng)靜觸頭又不能有效分開(kāi)，導(dǎo)致持續(xù)燃弧。這不僅無(wú)法滿足拉開(kāi)短路電流的運(yùn)行要求，而且連承載極低負(fù)載電流的能力都受到影響。152斷路器解體之后，在內(nèi)部發(fā)現(xiàn)有大量的灰色粉末。152斷路器C相被電弧擊穿導(dǎo)通后，SF6氣體在電弧的作用下分解產(chǎn)生H2S、SO2等故障氣體，同時(shí)產(chǎn)生大量銅蒸汽以及碳化燃燒的粉末，銅蒸汽和碳化粉末從C相故障點(diǎn)向四周擴(kuò)散，形成游離導(dǎo)電介質(zhì)，使斷路器氣室絕緣逐漸降低，并最終導(dǎo)致A、B兩相也對(duì)外殼/地導(dǎo)通，形成放電通道，故障發(fā)展為三相對(duì)地短路。由于保護(hù)死區(qū)，152斷路器跳開(kāi)后并沒(méi)有消除接地故障，因此距離保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)152對(duì)側(cè)斷路器。

5檢修處理

揭開(kāi)該站151斷路器機(jī)構(gòu)箱，發(fā)現(xiàn)其機(jī)構(gòu)底座螺栓依舊松動(dòng)，存在分合閘不到位的風(fēng)險(xiǎn)。因此，為安全起見(jiàn)，公司已將其列為家族性缺陷，在公司內(nèi)部對(duì)該廠家生產(chǎn)的該類型GIS設(shè)備進(jìn)行梳理，并安排進(jìn)行逐一停電排查。未排查的斷路器不能再進(jìn)行分合閘操作。排查時(shí)應(yīng)先拉開(kāi)對(duì)側(cè)站相應(yīng)間隔的斷路器，然后在不帶負(fù)荷的情況下拉開(kāi)缺陷斷路器，最后依次測(cè)試機(jī)械特性、低跳特性和回路電阻等。緊固操作機(jī)構(gòu)底座螺栓，并涂覆防松膠，再次復(fù)核機(jī)械特性、低跳和回路電阻試驗(yàn)，合格后投運(yùn)。

6結(jié)論

此次事故主要是由于斷路器機(jī)構(gòu)底座螺母松動(dòng)造成的，暴露了GIS設(shè)備在出廠、安裝、驗(yàn)收和運(yùn)維等環(huán)節(jié)中存在的諸多問(wèn)題，可采取以下措施加以改善。一是該變電站一次部分采用典型的內(nèi)橋結(jié)構(gòu)，其110kV母線未安裝母線TV，靠?jī)山M110kV線路側(cè)TV監(jiān)視110kV母線電壓，雖節(jié)約了投資，但暴露出在斷路器、刀開(kāi)關(guān)合不到位時(shí)，無(wú)法有效監(jiān)視母線電壓的弊端。建議對(duì)于受端GIS變電站設(shè)置獨(dú)立的母線TA，以監(jiān)測(cè)線路斷路器、刀開(kāi)關(guān)是否合閘到位，確保線路電壓送到110kV母線上。二是GIS設(shè)備免維護(hù)是相對(duì)的，由于斷路器、刀開(kāi)關(guān)分閘和合閘操作會(huì)對(duì)從操動(dòng)機(jī)構(gòu)到罐內(nèi)導(dǎo)體的一系列連接的傳動(dòng)部分產(chǎn)生較大沖擊力，經(jīng)過(guò)多次操作，累積效應(yīng)可能會(huì)使螺栓松動(dòng)，部件發(fā)生變形、松動(dòng)或脫落。應(yīng)加強(qiáng)日常維護(hù)，對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)連桿定期檢查。三是加強(qiáng)GIS設(shè)備的出廠、安裝和驗(yàn)收管理，防止“帶病”設(shè)備入網(wǎng)。四是運(yùn)維人員對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行倒閘操作后，必須認(rèn)真核查斷路器、隔離斷路器在各處的位置指示是否一致，同時(shí)，還要核實(shí)各相的電壓電流信號(hào)是否正常。

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