段秀凱，鄒 運

(國網(wǎng)山東省電力公司聊城供電公司，山東 聊城 252000)

0 引言

氣體絕緣組合電器(gas insulated switchgear， GIS)是將變電站內(nèi)母線、斷路器、刀閘、CT、PT等一次設備集中于一個充滿SF6氣體的封閉金屬筒內(nèi)，具有占地面積小、維護量少、可靠性高等優(yōu)點 。但是，由于組合電器為封閉式結(jié)構(gòu)，無法直觀觀察到刀閘動、靜觸頭行程變化，存在隔離刀閘或接地刀閘分合不到位運行的風險 。

針對一起由線路側(cè)刀閘合閘不到位導致觸頭燒損引起的保護跳閘故障進行分析，并就組合電器生產(chǎn)制造及運行過程中存在的問題提出解決辦法和防范建議，以防此類故障再次發(fā)生。

1 故障概述

某220 kV變電站采用雙母線并列運行方式，共有220 kV線路4條、母聯(lián)間隔1個、PT間隔2個及主變間隔2個，其中線路Ⅰ214間隔與線路Ⅱ213間隔為2個220 kV變電站的2條聯(lián)絡線，2條線路于2019年10月投運后未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

2020-01-14T12：57：29，220 kV線 路Ⅱ213間隔發(fā)生C相故障，兩側(cè)縱聯(lián)保護動作跳閘，重合不成。故障測距顯示，線路對側(cè)17.48 km，站側(cè)0.03 km (線路全長17.8 km，全線架空線路)。

2 現(xiàn)場檢查

2020-01-14T15：00：00，檢修人員到達故障變電站，對220 kV線路Ⅱ213間隔進行檢查。

2.1 外觀檢查

(1) 現(xiàn)場保護裝置信息及動作邏輯檢查。220 kV線路Ⅱ共4套CSC103BE保護裝置，故障發(fā)生時，該站213間隔C相故障電流(二次電流)為34.7 A (折合實際電流1.1萬A)，線路對側(cè)間隔C相故障電流為6.05 A，均超過差動電流動作值1.2 A，兩側(cè)縱聯(lián)差動保護動作，跳開C相開關，1 s后重合閘動作，C相開關合上，隨后因故障為永久性故障，故障電流較大，距離加速保護立即動作，跳A，B，C三相開關，故障切除，符合“單跳單重后加速”的邏輯，4套保護裝置均正確動作。

(2) 現(xiàn)場一次設備外觀檢查。檢查213出線套管至站外1號塔之間無接地放電跡象。

(3) 現(xiàn)場組合電器氣室氣體成分分析。對213間隔各GIS氣室進行SF6氣體成分分析，測試結(jié)果顯示213-3刀閘(線路側(cè)隔離刀閘)三相氣室內(nèi)放電特征氣體均遠大于相關標準要求，且C相氣室H2S、SO2含量遠大于A，B相氣室，如表1所示?？紤]到213-3刀閘三相氣聯(lián)結(jié)構(gòu)，確定C相氣室為SF6放電氣室，SF6放電后H2S、SO2向A，B相擴散，與保護動作信息一致。

表1 220 kV線路Ⅱ213間隔氣室氣體組分 μL/L

(4) 故障前電流變化情況。經(jīng)查閱主站信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2019-12-31T12：00，線路Ⅱ213間隔C相電流從45.1 A驟減為零，線路Ⅰ214 C相電流則從41.7 A陡增為77.6 A，表明此時213-3刀閘已斷開電氣連接，213 C相負荷直接轉(zhuǎn)移至214 C相間隔。由于CT斷線定值設定為0.5 A，213 CT運行變比為1 600/5，C相電流變化未達到CT斷線定值，保護裝置未報發(fā)相關信號。

2.2 解體檢查

2020-01-14T19：40，對213-3刀閘氣室進行現(xiàn)場解體檢修，發(fā)現(xiàn)在213-3 C相刀閘導體及絕緣件、筒璧附著大量白色粉末；氣室腔體底部發(fā)現(xiàn)少量金屬粉末殘留；氣室內(nèi)壁上有飛濺的金屬珠及燒傷痕跡；刀閘動、靜觸頭燒蝕嚴重，圓形觸指罩有燒損后的缺口；刀閘氣室與斷路器氣室之間的盆式絕緣子表面被電弧燒灼炭化，有深黑色的放電痕跡，腔體表面有大量粉末附著；C相刀閘導體對設備外殼發(fā)生放電，腔體內(nèi)壁有黑色放電痕跡，同時刀閘動觸頭表面附有大量灰色金屬粉末，動觸頭下側(cè)有明顯的放電痕跡。

由于213-3刀閘三相氣室之間通過氣聯(lián)相通，現(xiàn)場人員對213-3 A，B兩相氣室進行開蓋檢查處理。經(jīng)檢查，213-3 A，B相刀閘氣室內(nèi)部無金屬粉末類物質(zhì)。經(jīng)SF6氣體成分檢測及氣室解體后檢查，可判定此次故障是213-3 C相刀閘觸頭燒損導致氣室內(nèi)放電引起的 。

3 故障原因分析

3.1 設備原因

檢修人員聯(lián)系設備廠家技術(shù)人員對設備進行現(xiàn)場解體檢查，發(fā)現(xiàn)放電起始位置位于刀閘動、靜觸頭接觸面下端，隔離開關靜觸頭有明顯燒熔痕跡，判斷設備內(nèi)部放電的主要原因為設備內(nèi)部過熱，隔離開關接觸面燒傷，導致電場發(fā)生畸變，該部分對設備外殼進行放電。

導致隔離開關過熱的可能原因有：隔離開關合閘不到位；隔離開關內(nèi)部觸頭氧化、觸頭彈簧疲勞或者損傷。通過對隔離開關的解體檢查以及對A，B相隔離開關氣室的內(nèi)部檢查，可以排除第2種原因，故此推斷，隔離開關內(nèi)部過熱主要是隔離開關合閘不到位所致。

對內(nèi)部傳動機構(gòu)進行解體，發(fā)現(xiàn)在齒輪箱內(nèi)共含3個齒輪，分別為傳動齒輪(76齒)，中間齒輪(上60齒、下24齒)和輸出齒輪(24齒)。隔離開關動作時，驅(qū)動電機通過傳動齒輪，帶動中間齒輪，然后將力矩傳輸?shù)捷敵鳊X輪，作用于刀閘導體，完成分、合閘操作。

檢修人員測量發(fā)現(xiàn)，隔離開關由分閘到合閘狀態(tài)，其傳動齒輪轉(zhuǎn)動角度為73°，內(nèi)部導體移動158 mm，斷口距離120 mm。隔離開關動、靜觸頭的插入深度8 mm，而廠家技術(shù)規(guī)程要求動、靜觸頭插入深度為(33±5) mm，遠遠小于規(guī)程要求。

由于中間齒輪的上、下齒輪大小不一致，中間齒輪與輸出齒輪如錯齒安裝，導致中間齒輪與傳動齒輪安裝困難。中間齒輪的主要作用為齒輪加速與力矩(能量)傳遞，只要保證傳動齒輪與輸出齒輪位置不變，中間齒輪的安裝不會影響隔離開關導體的插入深度，因此排除了中間齒輪與輸出齒輪錯位的可能。隨后廠家技術(shù)人員對比設備出廠規(guī)程要求，通過計算得出結(jié)論，傳動齒輪錯位2齒。

3.2 管理原因

該批次產(chǎn)品駐廠監(jiān)造與到貨交接驗收流于形式，未對關鍵點見證到位，使設備“帶病”送電。設備運行階段，運維監(jiān)控管理不到位，設備于2019-12-31發(fā)生異常，直到2020-01-14保護跳閘發(fā)出信號才得知。

綜上分析，認定該刀閘在安裝過程中傳動軸齒輪發(fā)生錯位導致合閘不到位是此次故障的直接原因，設備監(jiān)造、驗收、運維人員監(jiān)管不到位，使設備“帶病”運行是此次事故的間接原因。

4 防范措施

(1) 加強對同批次其余刀閘的管控。為防止該站其他間隔刀閘存在類似情況，建議加強對相關設備的帶電監(jiān)測，前期每隔1月進行一次精確測溫、局部放電檢測，對發(fā)現(xiàn)問題的情況及時停電處理；對于運行正常的設備可以逐步延長檢測周期；結(jié)合停電計劃，對所有間隔刀閘插入深度進行檢查測量，防止類似情況發(fā)生。

(2) 加強對駐廠監(jiān)造、到貨驗收及設備大修關鍵點的管控。該批次產(chǎn)品駐廠驗收與監(jiān)造流于形式，未對關鍵點見證到位。依照國網(wǎng)公司“五通一措”標準要求，結(jié)合泰開、西開、平高、新東北等廠家GIS設備的具體情況，分別編制GIS駐廠監(jiān)造、到貨驗收及設備大修關鍵點管控細則，形成管理標準，下發(fā)至各個變電檢修試驗班組，深入學習相關標準文件，切實加強GIS監(jiān)造、驗收關鍵點的管控力度，扎實提升GIS設備運維管理水平。

(3) 加強設備運行監(jiān)測?，F(xiàn)階段，保護測控裝置已實現(xiàn)電流、電壓、功率等數(shù)據(jù)實時上傳功能，主站均已存儲此類數(shù)據(jù)，運行監(jiān)控部門對三相電流尚未開展實時監(jiān)測，無法及時發(fā)現(xiàn)設備運行隱患，建議加強對GIS設備三相運行參數(shù)的監(jiān)視工作。

(4) 加強帶電檢測。由于動、靜觸頭之間的連接情況無法通過肉眼觀測，而常規(guī)的檢測手段(回阻測試、耐壓試驗等)又不能發(fā)現(xiàn)設備內(nèi)部隱藏的缺陷，建議對新安裝(投運)設備加強局部放電測試、SF6氣體成分測試、精確紅外測溫等帶電檢測。

(5) 增加GIS刀閘觀察孔。由于GIS設備內(nèi)部連接的不可見性，建議GIS廠家在設計階段增加GIS內(nèi)部機構(gòu)觀察孔，設置分、合閘位置刻度線，從而準確觀察機構(gòu)合閘或分閘后的實際位置。