220 kV 線路非全相運行事故分析

孔 寧，程昭龍

（國網山東省電力公司菏澤供電公司，山東 菏澤 274012）

0 引言

非全相運行對電力系統安全穩定運行有較大影響。電力系統非全相運行，特別是超、特高壓輸電線路的非全相運行會對發電機和變壓器等主要電力設備構成較大威脅。非全相運行狀態下產生的零、負序電流和中性點電壓漂移，可能導致繼電保護誤動，還可能導致避雷器長時間承受工頻過電壓而過載爆炸，發電機長時間承受負序電流導致過熱或燒毀，使發、供電企業蒙受較大經濟損失。

在以往的電力系統非全相運行事故分析案例中，大多數非全相運行事故是由斷路器機械方面或電氣方面的故障所致，特別是分相操作機構的斷路器，機構失靈引起非全相運行更為常見。事故統計表明，因斷路器引起的非全相運行事故占50%以上［1-3］，而針對刀閘機構問題引起的非全相運行的案例則較為少見。

本文就一起由于GIS刀閘機構安裝工藝問題引起的220 kV線路非全相運行事故進行了深入分析。由于事故誘因較隱蔽，造成故障定位困難，大大增加了事故分析難度，延長了事故處理時間。因此，應引起發、供電企業專業技術人員的重視。

1 事故經過

220 kV甲乙Ⅱ線及兩側變電站部分主接線圖如圖1所示，根據調度自動化系統SOE事件記錄，按事件先后順序描述整個事故經過。

2017-05-26T16∶37∶00， 為配合 500 kV 甲站220 kV 2B號母線停電檢修，將220 kV甲乙Ⅱ線由熱備用轉檢修，220 kV乙站甲乙Ⅱ線214開關由運行轉冷備用。

2017-05-27T00∶20∶00，500 kV 甲站 220 kV 1B號母線檢修工作結束，并根據調度指令逐步恢復原運行方式。

2017-05-27T03∶02∶00，220 kV 乙 站 甲 乙Ⅱ 線214開關由冷備用轉運行對甲乙Ⅱ線充電，220 kV乙站現場操作和檢查一切正常，500 kV甲站現場運行人員反映220 kV甲乙Ⅱ線線路避雷器出現異響，但經檢查未發現明顯異常。

2017-05-27T03∶35∶00，500 kV 甲站合上 220 kV甲乙Ⅱ線220開關進行合環，隨后220 kV甲乙Ⅱ線兩側保護裝置發“保護長期啟動”告警信號。現場檢查發現，500 kV甲站側操作220開關合環后，甲乙Ⅱ線出現非全相運行情況，A、B、C三相電流嚴重不平衡，對應一次電流分別為：275.5 A、256 A和3.2 A，且保護裝置報出“保護長期啟動”告警信息。220 kV乙站現場運行人員立即對甲乙Ⅱ線214開關、214-1、214-2、214-3刀閘機械和電氣位置指示進行仔細檢查，均未發現明顯異常。500 kV甲站檢查結果與220 kV乙站基本相同，未發現明顯異常。

2017-05-27T06∶00∶00，拉開 500 kV 甲站側甲乙Ⅱ線220開關，甲乙Ⅱ線“保護長期啟動”告警信號隨機消失。隨后通知220 kV甲乙Ⅱ線所屬地市公司對甲乙Ⅱ線進行帶電巡線，但帶電巡線并未發現斷線情況。

2017-05-27T06∶59∶00，遙控拉開 220 kV 乙站側甲乙Ⅱ線214開關。

2017-05-27T09∶00∶00，運行人員再次對 220 kV乙站甲乙Ⅱ線214開關及刀閘進行檢查，仍未發現有任何異常。

2017-05-27T12∶59∶00，220 kV 乙站甲乙Ⅱ線214開關由熱備用轉冷備用，對線路開關及刀閘等設備進行了進一步檢查。

2017-05-27T15∶00∶00， 對甲乙Ⅱ線 214 開關及刀閘進行檢查，未發現異常。調取甲乙Ⅱ線214間隔保護裝置和故障錄波數據后進行分析，除發現甲乙Ⅱ線500 kV甲站220開關合環后大約5個半周波后C相電流由256 A突降為3.2 A，兩套縱差保護裝置發“保護長期啟動”告警信號外，其他未發現任何異常。

圖1 220 kV甲乙Ⅱ線及兩側變電站主接線

2 數據分析與GIS解體檢查

2.1 故障錄波數據分析

為確定220 kV甲乙Ⅱ線出現非全相運行的原因，針對220 kV甲乙Ⅱ線兩側的站內故障錄波數據進行了詳細分析。

圖 2 為 2017-05-27T03∶05∶00，220 kV 甲乙Ⅱ線自220 kV乙站側空充運行時的故障錄波圖。從乙站220 kV甲乙Ⅱ線214開關合閘后甲乙Ⅱ線與丙丁線的電壓錄波圖對比可以看出，與正常運行的丙丁線線三相電壓波形相比，甲乙Ⅱ線C相電壓波形在波峰、波谷處出現了許多不均勻的毛刺和缺口，其零序電壓3U0的波形也能反映出C相電壓的異常狀況。由于乙站220 kV甲乙Ⅱ線的電壓取自線路側三相電壓互感器。因此，線路電壓波形的異常，能夠在一定程度上反映出本間隔存在異常情況。

圖 3、 圖 4 分別為 2017-05-27T03∶35∶00，220 kV甲乙Ⅱ線合環運行時500 kV甲站和220 kV乙站側的故障錄波圖。可以看出在500kV甲站220 kV甲乙Ⅱ線220開關合閘后約5個半周波后甲乙Ⅱ線C相電流幾乎降至零，同時出現較大的零序電流，表明出現明顯的非全相運行情況。

至此，從220kV甲乙Ⅱ線空充運行和合環運行后的故障錄波圖可以明顯得出結論：220kV乙站設備存在某種異常情況，造成合環后出現非全相運行狀態。

圖2 220 kV甲乙Ⅱ線空充運行時乙站側故障錄波

圖3 220 kV甲乙Ⅱ線合環運行時甲站側故障錄波

圖4 220 kV甲乙Ⅱ線合環運行時乙站側故障錄波

2.2 GIS設備試驗數據分析

按照220 kV甲乙Ⅱ線故障錄波數據分析結論，雖然可以初步判定220 kV乙站設備存在問題，但通過變電技術人員的反復檢查并不能定位故障設備和確定故障原因。因此，最終決定對220 kV乙站甲乙Ⅱ線214間隔GIS設備進行停電檢查，開展開關機械特性試驗、間隔回路電阻測試和間隔氣室氣體成分分析。

通過GIS設備試驗，220 kV甲乙Ⅱ線214間隔開關機械特性試驗結果一切正常。將214-D1、214-D2和214-D3接地極短接銅排拆開后，分別自214-D1接地極至214-D2接地極對214間隔開關回路電阻進行測試，自214-D2接地極至214-D3接地極對214-3刀閘回路電阻進行測試，測試結果如表1所示。從回路電阻測試結果可以看出214-3刀閘A相回路電阻偏大，C相回路存在開路情況。

表1 回路電阻測試結果

隨后又對214-3刀閘氣室的SF6氣體進行了取樣檢測，氣體檢測結果如表2所示。結果顯示SF6氣體分解產物SO2和H2S氣體含量均嚴重超標。因此，基本可以判定：220 kV乙站甲乙Ⅱ線214-3刀閘氣室C相刀閘導體已經放電燒損，需立即解體檢修。

表2 214-3刀閘氣室SF6氣體分解產物檢測結果

2.3 GIS隔離刀閘解體檢查

轉檢修后，對甲乙Ⅱ線214-3隔離刀閘及214-D2接地刀閘進行了解體，解體部位如圖5所標注的放電異常位置。發現214-3隔離刀閘C相動、靜觸頭均有明顯的燒蝕痕跡，214-D2接地刀閘動、靜觸頭被熏黑，氣室內部有大量粉塵，如圖6所示。氣室殼體內表面無燒蝕痕跡，絕緣子表面無異常。對214-3隔離刀閘的解體檢查結果充分印證了214-3刀閘C相導體已經放電燒損的判斷。

圖5 甲乙Ⅱ線214間隔斷面及放電異常部位示意

圖6 事故后214-3刀閘和-D2接地刀閘動、靜觸頭

3 設備故障原因深層剖析

220 kV乙站變電工程Ⅰ期于2011-05-10建成投運，220 kV開關設備采用ZF16-252型GIS組合電器。220 kV甲乙Ⅱ線214間隔系2013年Ⅱ期擴建工程中建設，2013-10-15投入運行。發生故障的隔離、接地刀閘靜觸頭通過彈簧箍緊導電觸指，保證觸指與插入其中的隔離動觸頭緊密壓接，其內部導體裝配剖面如圖7所示。

圖7 故障隔離、接地開關內部導體裝配剖面

根據現場設備解體情況，對隔離開關分合閘定位標識進行了精確測量，如圖8所示。結果顯示A相外拐臂合閘欠位和分閘過位距離約為2 mm，C相外拐臂合閘欠位和分閘過位距離約為3 mm，B相外拐臂分、合閘均無誤差。因此，A、C相刀閘合位時分別存在-2 mm和-3 mm的固有誤差，再加上電操機構分、合閘時存在約±2 mm的誤差，導致A、C相刀閘拐臂可能存在的最大行程誤差分別為-4 mm和-5 mm。通過刀閘虛接狀態模擬試驗知當刀閘外拐臂與定位點差5～6 mm時，刀閘內部動、靜觸頭剛好處于虛接狀態。綜上，判定此次事故為C相刀閘外拐臂合閘行程誤差過大導致動靜觸頭間接觸電阻過大，最終導致C相刀閘動、靜觸頭放電燒損。

圖8 214-3刀閘分、合閘定位點測量

經分析，A、C相刀閘存在行程誤差是由本體相間距變化所造成。圖9為刀閘連桿傳動機構示意，由于施工人員在Ⅱ期擴建施工對接分支母線時，為保證出線套管的安裝位置對應，對三相分支母線的相間距進行了調整，但按照設備廠商要求現場安裝人員不得隨意改變分支母線相間距離，如有調整，必須重新校準刀閘分合閘定位點，以保證刀閘分合閘充分到位。但實際情況是設備安裝人員在對分支母線相間距離調整后，未重新調整刀閘機構連桿長度和對刀閘定位標識進行復核校準，造成刀閘傳動外拐臂出現較大行程誤差導致事故發生。

圖9 214-3刀閘機械連桿傳動機構示意

4 結語

對一起由于GIS刀閘機構安裝工藝問題引起的220 kV線路非全相運行事故進行了詳細分析。根據運行經驗，非全相運行事故大多由斷路器機械方面或電氣方面的故障導致，特別是分相操作機構的斷路器，機構失靈引起非全相運行更為常見。但該起由刀閘機構問題引起的非全相運行事故誘因較為隱蔽，造成故障定位困難，增加了現場事故分析難度，延長了事故處理時間。因此，此類非全相運行事故應引起發、供電企業技術人員的重視。在工程建設施工中，應嚴格把控設備安裝工藝，避免類似事件發生，防止造成不必要的經濟損耗。