10 kVGN30型隔離開關事故分析及處理

肖麗雄，李燕梅

（廣東電網有限責任公司梅州供電局，廣東梅州 514021）

0 引言

GN30-12/1250-31.5型隔離開關因其自身結構特殊，能達到高壓開關柜4室獨立分開的設計要求，并將帶電部分與檢修部分完全隔離，滿足安全運行要求，而被廣泛應用于各個電壓等級的變電站。但近年來在廣東電網范圍內，發生了多起因GN30隔離開關發熱導致高壓開關柜燒毀，致使變電站全站失壓的事故。分析此類事故發現，GN30型隔離開關在設計、制造和運行維護等方面存在缺陷，運行中容易發熱，引起觸頭接觸電阻增大，惡性循環進而引發故障。

1 事故經過

2017年5月13日0時43分39秒880毫秒，某220 kV變電站10 kV電容器3C1開關保護過流一段保護動作跳開，10 kV電容器3C1開關，2017年5月13日0時43分40秒482毫秒，3#主變主一保護、主二保護低后備復壓過流玉段2時限動作出口跳開3#主變變低503開關，一次故障電流約25.88 kA。

該220 kV變電站為戶外敞開式變電站，共3臺主變，10 kV為玉段、域段、芋段母線，3段母線之間設專用分段斷路器連接。故障跳閘前，10 kV玉段、域段、芋段母線分列運行，10 kV芋段母線9#電容器3C1處于運行狀態，電流450 A。10 kV域段、芋段之間的分段550開關處于熱備用狀態，3#主變變低負荷電流2600 A，天氣晴朗，空氣濕度約75%，無凝露，環境溫度約為23℃。故障發生后，運行人員到現場查看設備故障情況。

1.1 高壓開關柜柜體

3C1高壓開關柜前、后柜門被沖開，門板變形，開關柜柜體內部被弧光熏黑，無明顯放電起弧痕跡，電纜進線孔封堵完好，電纜小室干凈、未見放電痕跡，如圖1所示。

1.2 電流互感器

3C1高壓開關柜內電流互感器完好，安裝螺栓緊固、齊全，表面僅有熏黑的痕跡，無放電痕跡，如圖2所示。

1.3 真空斷路器

3C1高壓開關柜內斷路器面板熏黑，機構完好，機械指示為分閘狀態，彈簧儲滿能。三相絕緣拉桿與7字拐臂連接部位斷裂，斷真空泡外觀完好，如圖3所示。

1.4 上、下隔離開關

3C1高壓開關柜上隔離開關母線室正面封板可見明顯的放電痕跡，A相隔離開關靜觸頭接觸部分已經燒融，動觸頭夾緊彈簧及螺栓熔斷脫落，三相動觸頭表面均有電弧燒傷痕跡，三相動觸頭瓷套全部碎裂。三相比較，A相損毀最為嚴重，其次為 B相，C相最輕，3C1高壓開關柜A相下隔離開關對固定螺栓放電、B相固定瓷瓶存在過電壓痕跡，如圖4所示。

2 故障分析

根據故障設備現場檢查及保護動作情況，可確認故障起始點為上隔離開關A相觸頭位置發展到下隔離開關，初步分析故障發生經過：10 kV 9#電容器3C1高壓開關柜使用頻繁，長期流過430 A的電流，上隔離開關母線室A相觸頭接觸不良，引起發熱，壓緊彈簧高溫退火，壓力降低，進一步加重發熱，導致觸頭融焊，引起A相觸頭持續放電打火，與電容器振蕩形成振蕩過電壓，0時43分39秒690毫秒主變保護變低零序過壓告警，過電壓造成下隔離開關對突起的固定螺栓放電，電容器保護裝置于0時43分39秒772毫秒啟動，同時，上隔離開關A相觸頭放電引起母線室溫度急劇升高，空氣電離，B相隔離開關對地放電，A，C相電壓升高，持續33 ms后上隔離開關發展為三相觸頭短路，0時43分39秒805毫秒3#主變變低電流突變故障錄波啟動，108 ms后電容器過流一段保護出口，開關動作跳開3C1開關（保護定值0.1 s），在 3#主變變低故障錄波啟動（電流突變）696 ms后503開關跳閘切除上隔離開關三相短路故障。

圖1 3C1高壓開關柜外觀檢查情況

圖2 10 kV電流互感器檢查情況

故障高壓開關柜型號為XGN2-12，柜內采用GN30-12/1250-31.5型隔離開關，鑒于全省電力系統范圍內發生多起類似事故，分析認為GN30型隔離開關在設計、制造和運行維護等方面存在缺陷，具體表現：

（1）相對于GN22型隔離開關，其為旋轉式隔離開關，1組隔離開關有上、下2個接觸點，分、合閘時阻力較大，容易出現觸頭卡澀或合閘不到位等問題。

（2）隔離開關動觸頭為夾片外壓彈簧式結構，夾片采用6 mm的螺桿外加彈簧壓緊，其螺桿及壓緊彈簧均未采取加裝絕緣板等限制彈簧分流措施，彈簧長期分流發熱退火，壓力降低進一步增大發熱。

（3）隔離開關接觸面穩定性差，由于隔離開關動觸頭夾片（2片）僅用1根6 mm的螺桿加彈簧壓緊，在分合閘過程中容易產生位移，多次操作后難以保證接觸良好。

（4）隔離開關操作方法較難掌握，隔離開關操作時力道不好控制，緩沖能力差，經調查現場運行人員在力氣較小時往往采用沖擊合隔離開關方式，容易造成瓷瓶破損、絕緣降低，存在安全隱患。

（5）隔離開關動觸頭夾片選用劣質導磁材料，運行時存在渦流損耗，造成隔離開關動熱穩定性差，容易發熱。

（6）GN30隔離開關其接觸點在母線室，無法通過測溫觀察其運行情況，長久運行容易集小缺陷為大事故。

圖3 10 kV真空斷路器檢查情況

圖4 10 kV隔離開關檢查情況

3 建議與對策

（1）對大電流高壓開關柜GN30型隔離開關進行改造。淤U形觸指改為固定結構、分體式設計，可以較好消除接觸半球的發熱缺陷，更方便調整，以保證觸指與動觸頭間的線接觸；于動、靜觸頭表面鍍銀處理，有效降低接觸電阻；盂動觸頭的固定方式改為軸向的夾緊，防止動觸頭跌落；榆采用高強度的瓷瓶絕緣套管；虞認真總結隔離開關改造經驗，制定計劃對存在隱患的所有GN30隔離開關進行改造。

（2）加快完善高壓開關柜紅外測溫窗口的改造進度，制定高壓開關柜測溫巡視要求及記錄。

（3）提高母排質量。對于大電流高壓開關柜GN30型隔離開關來說，由于連接母排的規格較大，對隔離開關的影響也較大，因此對母排質量的要求也高，特別要注意接頭搭接面的吻合程度，避免在運行過程中對絕緣支撐件造成損傷。

（4）嚴把安裝、檢修關。即使對于新的隔離開關，其運輸過程中造成的彈簧松動或存放時接觸面氧化等都可能導致其動靜觸頭間接觸電阻增大，因此安裝和檢修過程中必須進行檢查調整。控制設備接頭發熱的關鍵是控制接觸面的接觸電阻，只要把接頭接觸電阻控制在一定范圍，就能保證接頭在通過額定電流時的工作溫度在允許的范圍內。

（5）加強高壓開關柜的紅外測溫、局放測試。要求運行人員要采用紅外熱成像儀對高壓開關柜進行測溫，重點測量GN30型隔離開關母線室溫度，根據紅外成像圖譜分析，若發現溫度偏差>3℃，應及時上報并加強分析跟蹤，經分析判斷異常時有必要申請停電檢查。不具備測溫條件的應用手觸摸高壓開關柜柜體，判斷是否存在發熱現象，并通過觀察窗檢查隔離開關是否有異常變色現象。

（6）加強運行人員GN30隔離開關操作培訓，規范操作方法，避免因操作造成瓷瓶損傷。其操作要領：慢速合閘至動靜觸頭3 cm位置，再用力合上，合上時用力要均勻，不可用力過猛，操作完畢應注意檢查三相隔離開關是否到位。

（7）做好專業巡視和規范化檢修工作。結合停電對所有該類型隔離開關進行檢查維修，重點檢查合閘是否到位，各部件有無異常和變形，傳動是否靈活，導電部位外觀有無發熱變色，檢查隔離開關的動、靜觸頭瓷瓶是否有裂紋，對于重負荷、重要變電站未完成GN30隔離開關改造之前每年開展一次高壓開關柜B修工作，重點檢查、檢修GN30隔離開關問題等。

（8）做好事故預想和搶修準備工作。根據此類GN30隔離開關在運行中發生故障和缺陷的主要特點，提前做好設備狀態評價及風險評估，做好預控措施，根據各個變電站GN30隔離開關的運行情況，做好備品備件準備工作。

4 結束語

針對此類存在家族性缺陷的GN30隔離開關，應及時按照反措要求進行改造，在未完成改造任務前，運行和檢修人員應加強GN30隔離開關的運行維護管理，做好專業巡視、紅外測溫和局放測試工作，及時消除設備安全隱患，防范電網設備事故，確保電網安全穩定運行。