一起GIS變電站220kV母線全停事故的處理及分析

余大成

摘 要：因GIS設(shè)備占地面積小、價格逐漸降低，GIS變電站在電力系統(tǒng)中占的比例越來越高。雖然GIS設(shè)備發(fā)生故障的幾率小，但一旦發(fā)生事故一般都會造成較嚴(yán)重的后果。該文介紹了一起GIS變電站線路單相接地故障最終卻導(dǎo)致220 kV母線全停的事故及其檢查處理，分析造成此次事故的主要原因為母線筒內(nèi)導(dǎo)體插入深度不合要求，并提出了GIS設(shè)備現(xiàn)場安裝和運(yùn)行維護(hù)方面的若干建議。

關(guān)鍵詞：GIS設(shè)備 母線全停 事故處理

中圖分類號：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（c）-0014-04

Abstract：Because the GIS equipments occupy a limited area and their price has dropped gradually， the proportion of the GIS Substation in the power system is getting higher and higher. The probability of GIS equipments failure is very low. However， once the accident occurred， it will generally result in serious consequences. The thesis aims at demonstrating the single-phase earth fault of the transmission line in the GIS Substation， which results in 220 kV Buses Interrupting Fully. Firstly， the inspection and handling are conducted to analyze the main cause of the accident. It is found that the insertion depth of the conductor in the bus tube fails to meet the standard. Then some suggestions are put forward， including the on-site installation and the operation and maintenance of GIS equipments.

Key Words：GIS； Buses interrupting fully； Accident handling

氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）因其具有占地面積小，現(xiàn)場安裝調(diào)試時間短和日常維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)[1]，目前在220kV及以下變電站中廣泛使用。相對于分離式敞開設(shè)備而言，GIS結(jié)構(gòu)緊湊，各電氣元件（主變壓器除外）均通過SF6氣室相連。故GIS設(shè)備一旦發(fā)生內(nèi)部絕緣擊穿，事故的影響面可能會擴(kuò)大，事故處理周期較長，對電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性有較大影響[2-3]。為了保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，GIS設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量、現(xiàn)場安裝工藝和GIS在線監(jiān)測顯得尤為重要。該文分析了一起由220 kV線路的單相接地故障導(dǎo)致220 kVGIS變電站220 kV正副母線全停事故的原因，介紹其處理過程，旨在為此類事故的處理提供借鑒，為GIS設(shè)備的施工質(zhì)量和現(xiàn)場運(yùn)行及維護(hù)積累一定的經(jīng)驗。

1 事故情況介紹

某220 kV變電站GIS是蘇州阿海法高壓電氣開關(guān)有限公司的B105-3型產(chǎn)品，于2011年3月投運(yùn)。220 kV母線采用雙母線接線，故障前220 kV側(cè)運(yùn)行方式為：#1主變、屯上2319線和姆屯4P75線接正母運(yùn)行（相應(yīng)副母閘刀均斷開）；#2主變、虞屯2318線和姆山4P76線接副母運(yùn)行；220 kV母聯(lián)開關(guān)合閘運(yùn)行方式。其具體一次系統(tǒng)接線圖如圖1所示。220 kVGIS正副母線閘刀動觸頭位于各自母線側(cè)，正副母線閘刀靜觸頭是導(dǎo)通的，和斷路器流變氣室母線側(cè)接頭構(gòu)成一個“T”型結(jié)構(gòu)。

2015年6月15日9時20分，屯上2319線B相出現(xiàn)接地故障，屯上2319線路保護(hù)正確動作，屯上2319開關(guān)B相跳閘。在屯上2319線開關(guān)重合閘前，正母母線差動保護(hù)動作，220 kV母聯(lián)開關(guān)跳閘，220 kV正母上其他負(fù)載全部跳開，正母三相電壓為零。通過查閱保護(hù)動作情況和故障錄波信息，初步判斷為屯上2319線B相發(fā)生單相故障后，220 kV正母也發(fā)生了B相接地故障。現(xiàn)場運(yùn)維人員將#1主變、屯上2319線和姆屯4P75線冷倒至220 kV副母運(yùn)行，隨后將220 kV正母改為檢修，上述操作于當(dāng)日14時操作完畢。但5 min后，220 kV副母母線差動保護(hù)動作，副母上所接負(fù)載全部跳開，導(dǎo)致220 kV正副母全停。

2 事故后相關(guān)檢查及試驗

2.1 GIS設(shè)備現(xiàn)場檢查

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)姆山4P76線B相正母閘刀氣室表計壓力為零，其余氣室壓力未見明顯異常，姆山4P76線B相正母閘刀氣室防爆膜未見明顯異常，初步判斷該閘刀氣室存在嚴(yán)重泄露。

2.2 故障錄波器波形檢查

屯上2319線B相接地故障后，相應(yīng)線路開關(guān)跳閘，導(dǎo)致母線系統(tǒng)暫態(tài)電壓升高，故障錄波器顯示母線側(cè)B相過電壓倍數(shù)是1.12倍，屯上2319線B相接地故障電流是19.66 kA，正母母差差動差動電流22.39 kA，副母母差差動差動電流15.90 kA。

2.3 氣室的分解物及純度測試

6月15日對該站220 kV所有氣室進(jìn)行分解物測試。測試結(jié)果如下：姆山4P76線B相正母閘刀氣室分解物濃度超過測試儀器顯示量程；屯上2319開關(guān)B相、220 kV母聯(lián)開關(guān)B相、姆屯4P75開關(guān)B相、姆山4P76開關(guān)B相4個開關(guān)氣室分解物測試結(jié)果如表1，其余氣室分解物測試未見明顯異常。

次日，對屯上2319開關(guān)B相、220 kV母聯(lián)開關(guān)B相、姆屯4P75開關(guān)B相、姆山4P76開關(guān)B相4個氣室進(jìn)行跟蹤測試，測試結(jié)果如表2所示。

2.4 故障設(shè)備解體檢查

在GIS室內(nèi)對故障的姆山4P76線B相正母閘刀氣室進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)：姆山4P76線B相正母閘刀氣室內(nèi)有大量的灰色粉塵，姆山4P76線B相正母閘刀附近的母線導(dǎo)體脫開，姆山4P76線B相正母閘刀附近脫開的母線導(dǎo)體端部燒蝕嚴(yán)重，姆山4P76線B相正母閘刀附近的母線導(dǎo)體脫開部位對伸縮節(jié)放電，姆山4P76線B相正母閘刀靜觸頭對外殼放電，姆山4P76線B相正母閘刀氣室伸縮節(jié)泄漏。解體的部分圖片如圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所示。

3 事故原因分析

從氣體分解物測試結(jié)果來看，兩次母線接地故障的氣室均是姆山4P76線B相正母閘刀氣室。

3.1 屯上2319線B相接地原因分析

屯上2319線路附近有一工地，工地上有個塔吊在施工，塔吊在吊重物的過程中，鋼絲繩索斷裂，繩索向上彈起，導(dǎo)致屯上2319線B相接地。

3.2 正母失電原因分析

屯上2319線B相接地，接地故障電流19.66 kA。由于安裝質(zhì)量存在問題，在電動力作用下，引發(fā)姆山4P76線B相正母閘刀附近的正母導(dǎo)體脫開，脫開距離將近0.5 cm。姆山4P76線B相正母閘刀附近的正母導(dǎo)體脫開后，單相接地故障還未切除，故障電流造成脫開的導(dǎo)體端部被短路電流燒蝕。電弧燒蝕的殘留物遺留在氣室內(nèi)，造成氣室內(nèi)氣體絕緣性能下降，屯上2319線開關(guān)跳閘后，引發(fā)B相母線過電壓，導(dǎo)致母線對伸縮節(jié)放電，導(dǎo)致正母母差保護(hù)動作，跳開正母上所有開關(guān)。

3.3 副母失電原因分析

姆山4P76線B相正母閘刀氣室發(fā)生一次接地故障后，氣室內(nèi)SO2和H2S等雜質(zhì)含量急劇增加，同時氣室內(nèi)產(chǎn)生大量灰色粉塵，導(dǎo)致氣室內(nèi)氣體的絕緣性能下降；姆山4P76線B相正母閘刀氣室SF6氣體在正母接地故障后一直在泄漏，當(dāng)泄漏到一定時候，氣室內(nèi)氣體絕緣性能進(jìn)一步下降，導(dǎo)致靜觸頭部分不能承受正常運(yùn)行相電壓而發(fā)生靜觸頭對外殼放電。因為在同等條件下，姆山4P76線B相正母閘刀斷口絕緣水平高于相導(dǎo)體對地的絕緣水平，所以靜觸頭對外殼放電，靜觸頭表面和筒體內(nèi)壁有明顯的燒蝕痕跡也證明了這點(diǎn)，而閘刀斷口之間沒有放電痕跡。

綜上所述，該變電站220 kV正副母全停的直接原因是產(chǎn)品設(shè)計或安裝過程中出現(xiàn)紕漏，導(dǎo)致導(dǎo)體插入深度過短，導(dǎo)體軸向位移過大，無法承受正常短路電流產(chǎn)生的電動力。

4 下一步的工作建議

對故障的姆山4P76線B相正母閘刀氣室，以及B相母線伸縮節(jié)和母線筒實施整體更換。近期內(nèi)安排對上述分解物測試結(jié)果偏大的氣室進(jìn)行跟蹤測試，若對測試結(jié)果有懷疑，可縮短測試周期進(jìn)行跟蹤，必要時也可以借助其他手段（如X射線成像技術(shù)）進(jìn)行確認(rèn)。加強(qiáng)對運(yùn)行GIS的帶電檢測，如氣體成份分析、超聲波和超高頻局放測試[4]。對其他GIS變電站進(jìn)行隱患排查，核查母線筒內(nèi)導(dǎo)體長度及連接處插入深度，確保安裝質(zhì)量滿足設(shè)計圖紙要求。

今后對于新建GIS變電站，現(xiàn)場設(shè)備安裝應(yīng)制定詳細(xì)的安裝作業(yè)指導(dǎo)書。建立健全質(zhì)量檢查體系，對所有緊固件應(yīng)由現(xiàn)場質(zhì)檢員按標(biāo)準(zhǔn)復(fù)檢后做上緊固記號，并填好質(zhì)量跟蹤記錄。在設(shè)備投運(yùn)前，對母線筒內(nèi)導(dǎo)體連接處的限位卡箍加強(qiáng)抽檢，必要時借助X射線成像技術(shù)進(jìn)行抽查，防止漏裝及偏移而引起導(dǎo)體在電動力下發(fā)生較大位移；加強(qiáng)伸縮節(jié)焊接部位的局部射線檢測，確保焊接質(zhì)量合格。

5 結(jié)語

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，GIS變電站在系統(tǒng)中的比例越來越高，GIS設(shè)備的安全運(yùn)行顯得尤為重要。通過安裝GIS在線監(jiān)測裝置，加強(qiáng)現(xiàn)場施工人員業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提高設(shè)備運(yùn)維人員的技能水平，盡可能減少上述嚴(yán)重事故的發(fā)生，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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