220 kV GIS刀閘異常缺陷分析及應對措施

易 慧，黃小彬，陳錦祥（廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510000）

220 kV GIS刀閘異常缺陷分析及應對措施

易 慧，黃小彬，陳錦祥
（廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510000）

介紹了一起倒閘操作過程中因GIS刀閘質量問題造成的220 kV變電站雙母線失壓的事故，分析了事故原因，提出了在該刀閘缺陷未處理之前的應急倒閘操作方法，闡述了該刀閘缺陷的處理措施并進行了整改，最后就實際整改過程中發現的問題給出了改進意見及注意事項。

GIS刀閘；機構箱；傳動軸；銹蝕

1 事故過程

某電站220 kV南征線208開關計劃進行預試定檢工作，在由“冷備用”轉“檢修”的操作過程中，由于208開關母線閘刀2081 B，C 2相未拉開，當合上208開關母線側20829接地刀閘后，該站220 kV 1M母差保護動作（B，C相對地短路），導致220 kV 1M失壓，跳開220 kV母聯210開關及1號主變211開關；1 144 ms后220 kV 2M母差保護動作，造成220 kV 2M失壓、跳開征興Ⅱ回路204等開關，最終導致220 kV 1M，2M母失壓，1號主變停運，對應110 kV 1M母線失壓。故障GIS間隔布置如圖1所示。投運，該單位共計在運12組。

圖1 故障GIS間隔

根據故障情況，組織對故障間隔的2081，2082刀閘進行了解體檢查，同時對同型號的2111刀閘的傳動機構及密封情況也進行了解體檢查。結果發現造成本次事故的主要原因是220 kV 2081刀閘連接機構因密封不良進水，引起刀閘機構軸封、傳動軸及齒輪等銹蝕嚴重而產生卡澀，導致A，B相連接機構尼龍齒輪無法承載負荷扭矩而斷裂，致使B，C相刀閘分閘行程不夠，未完全分開，如圖2所示。當合上20829接地刀閘時，220 kV 1M母線直接接地，母差保護動作跳開220 kV 1M母線。同時，由于2082刀閘與20829地刀在同一氣室，金屬性故障短路電流的拉弧作用使該氣室內SF6氣體電離分解，絕緣強度降低，發展成為220 kV 2M B，C相對地短路，導致220 kV 2M也跳閘。這是一起因設備質量問題而造成的帶電合地刀惡性誤操作事故，暴露出以下3個問題：

（1） 該型GIS設備操作機構密封設計、選材及工藝存在嚴重質量問題，易進水而引起傳動機構軸封、齒輪等位置銹蝕而產生卡澀，進而導致刀閘分閘不到位；

（2） 尼龍齒輪的強度不夠，設計選材不當；

（3） 封閉設計導致運行巡視時無法及時發現刀閘機構密封部分的銹蝕情況。

2 原因分析

發生事故的刀閘型號為GWG18-252，2012年

3 操作風險應對措施

3.1 操作預案

根據統計，該型號GIS刀閘在另外2個220 kV及1個500 kV變電站也在使用，通過初步檢查也發現類似嚴重銹蝕問題。為確保電網安全，杜絕因設備問題引起的誤操作，在未整改之前，必須禁止相關刀閘的操作，制訂操作預案，以應對在該缺陷整改過程中，相關線路及主變間隔出現故障跳閘、緊急缺陷，或因系統緊急情況而進行的電氣操作。該操作方法有別于常規的停送電操作，以有同型號GIS設備的某雙母線帶旁路接線方式的220 kV變電站、220 kV母線及220 kV中新甲線線路間隔（該間隔內所有刀閘都不能操作）為例，制訂操作預案如下。該刀閘所在線路接線如圖3所示。

圖2 刀閘傳動軸示意圖

圖3 該刀閘所在線路接線

（1） 220 kV 1M母線由“運行”轉“檢修”（220 kV中新甲線運行于220 kV 1M母線）。

① 220 kV中新甲線兩側由“運行”轉為“熱備用”。

② 該站除220 kV中新甲線外，將運行于220 kV 1M母線的間隔設備倒至2M母線運行，220 kV 1M母線由“運行”轉“熱備用”。

③ 該站220 kV母聯2012開關由“熱備用”轉“冷備用”（中新甲線1M母線側刀閘仍在合閘位置）。

④ 對側變電站220 kV中新甲線線路由“熱備用”轉“檢修”。

⑤ 該站在220 kV中新甲線43104刀閘靠線路側裝設1組接地線。

⑥ 該站220 kV 1M母線由“冷備用”轉為“檢修”。

（2） 220 kV 1M母線由“檢修”轉為“運行”（220 kV中新甲線43101、43104刀閘在合閘位置）。

① 該站 220 kV 1M母線由“檢修”轉“冷備用”。

② 拆除該站在220 kV中新甲線43104刀閘靠線路側裝設的1組接地線。

③ 對側變電站220 kV中新甲線線路由“檢修”轉“熱備用”。

④ 該站220 kV 1M母線由“冷備用”轉“運行”，220 kV母線恢復正常方式。

⑤ 220 kV中新甲線兩側由“熱備用”轉為“運行”。

（3） 220 kV中新甲線線路由“運行”轉“檢修”（220 kV中新甲線運行于220 kV 1M母線）。

① 該站除220 kV中新甲線外，將運行于220 kV 1M母線的間隔設備倒至2M母線運行，220 kV母聯2012開關由“運行”轉“熱備用”（中新甲線開關仍在合閘位置）；

② 對側變電站220 kV中新甲線由“運行”轉“熱備用”。

③ 該站220 kV中新甲線由“運行”轉為“熱備用”。

④ 該站220 kV母聯2012開關由“熱備用”轉“冷備用”（中新甲線1M母線側刀閘仍在合閘位置）。

⑤ 對側變電站220 kV中新甲線線路由“熱備用”轉“檢修”。

⑥ 該站220 kV中新甲線線路由“熱備用”轉“檢修”。（在220 kV中新甲線43104刀閘靠線路側裝設接地線1組）。

（4） 220 kV中新甲線線路由“檢修”轉“運行”（220kV中新甲線運行于220 kV 1M母線）。

① 該站220 kV中新甲線線路由“檢修”轉“熱備用”（拆除在220 kV中新甲線43104刀閘靠線路側裝設的接地線1組）。

② 對側變電站220 kV中新甲線線路由“檢修”轉“熱備用”。

③ 該站220 kV 1M母線由“冷備用”轉“運行”，220 kV母線恢復正常方式。

④ 220 kV中新甲線兩側由“熱備用”轉為“運行”。

（5） 220 kV中新甲線4310開關由“運行”轉“檢修”（220 kV中新甲線運行于220 kV 1M母線）。

① 該站除220kV中新甲線外，將運行于220 kV 1M母線的間隔設備倒至2M母線運行，220 kV母聯2012開關由“運行”轉“熱備用”（中新甲線開關仍在合閘位置）。

② 對側變電站220 kV中新甲線由“運行”轉“冷備用”。

③ 該站220 kV中新甲線由“運行”轉為“熱備用”。

④ 該站220 kV母聯2012開關由“熱備用”轉“冷備用”（中新甲線 1M 母線側刀閘仍在合閘位置）。

⑤ 該站220 kV 1M母線由“冷備用”轉“檢修”（中新甲線1M母線側刀閘仍在合閘位置）；

⑥ 該站220 kV中新甲線4310開關由“熱備用”轉“檢修”（在220 kV中新甲線43101刀閘靠1M母線側裝設1組接地線）。

⑦ 該站在220 kV中新甲線43104刀閘靠線路側裝設1組接地線。

（6） 220 kV中新甲線4310開關由“檢修”轉“運行”（220 kV中新甲線運行于220 kV 1M母線）。

① 該站拆除在220 kV中新甲線43104刀閘靠線路側裝設1組接地線。

② 該站220 kV中新甲線4310開關由“檢修”轉“熱備用”（拆除在220 kV中新甲線43101刀閘靠1M 母線側裝設1組接地線）。

③ 該站220 kV 1M母線由“檢修”轉“冷備用”（中新甲線1M母線側刀閘仍在合閘位置）。

④ 對側變電站220 kV中新甲線線路由“冷備用”轉“熱備用”。

⑤ 該站220 kV 1M母線由“冷備用”轉“運行”，220 kV母線恢復正常方式。

⑥ 220 kV中新甲線兩側由“熱備用”轉為“運行”。

3.2 特殊操作注意事項

在反措未完成之前需按操作預案修改母線地刀微機“五防”邏輯，并提前解除對應間隔母線側刀閘與母線地刀之間的電氣閉鎖；同時，需在每個間隔母線側刀閘與對應母線之間增加臨時微機“五防”接地樁，在4號刀閘線路側增加“五防”接地樁并完善相關“五防”邏輯，使得上述特殊操作符合操作條件，在緊急情況下仍可順暢操作，避免解鎖操作，并杜絕誤操作。

4 檢修整改措施

4.1 GIS刀閘傳動機構改進方案

該單位與制造廠聯合重新設計GIS刀閘傳動機構，并制作樣品。刀閘本體采用齒輪傳動，齒輪組合密封在齒輪防護罩內部。齒輪防護罩與刀閘本體間、齒輪防護罩與其頂蓋間，均采用密封圈密封結構，齒輪防護罩與傳動軸間采用軸動密封結構，如圖4所示。

圖4 齒輪防護罩密封結構

改進后的齒輪防護罩密封結構刀閘每相傳動箱為獨立結構，傳動箱之間采用連桿聯接。傳動結構簡單可靠，傳動連桿裸露在外，可直接觀察傳動性能；傳動軸采用不銹鋼材質，絕緣夾套采用夾板式連接結構。對該設計樣品進行可靠性試驗，試驗項目如表1所示。

表1 樣品可靠性試驗項目

4.2 改進后的使用建議

針對該型號刀閘傳動機構密封設計存在的缺陷，設計制造了改進方案的刀閘傳動機構并進行了更換。該改進方案的使用效果，還要在運行中進行檢驗，為此提出以下使用建議。

（1） 安裝位置差異。本次檢查發現水平朝上安裝的刀閘銹蝕情況較垂直側向安裝的刀閘要嚴重得多；同時由于水平朝上安裝的刀閘的端蓋板采用下凹設計，導致水汽積存在凹面無法流出，在以后的運行及維護中應對其多加關注，并盡量采用垂直側向安裝模式。

（2） 刀閘連桿對中效果有待檢驗。新更換的連桿為不銹鋼材質，桿與桿之間靠一個夾板進行硬連接；如果2個連桿軸心不在同一直線上，當連桿轉動時中間的夾板勢必受到不同方向的應力，而連接齒輪也容易因受力不均導致變形。雖經現場調整，連桿軸心仍存在少許誤差，實際運行效果還有待檢驗，并視情況作必要的改進。

5 結束語

GIS刀閘作為變電站不可或缺的改變系統運行方式及檢修隔離的重要設備，其運行狀況直接影響倒閘操作的安全，對保證電網的安全穩定運行極其重要。通過對此次事故的分析，提出了改進措施。該GIS刀閘操作機構按新設計整改后，刀閘機構未出現因密封不良進水的現象，軸封、傳動軸及齒輪等性能良好，有較好的推廣應用價值。

2015-05-14；

2015-08-18。

易 慧（1980-），男，工程師，主要從事電力系統變電運行檢修及繼電保護相關的應用研究工作，email：44150554@qq.com。

黃小彬（1969-），男，高級技師，主要從事變電運行管理工作。

陳錦祥（1955-），男，高級技師，主要從事變電運行管理工作。