550kV GIS隔離開關故障分析及解決措施

福州理工學院 陳錦云 上海康恒環境股份有限公司 楊銘澤

GIS氣體絕緣金屬封閉開關設備是由多種高壓電器組合封閉在接地的金屬殼體內，殼內充以一定壓力的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質的組合電器。GIS具有占地面積小、噪音低、無火災危險、檢修周期長、運行安全可靠等優點，在電力系統得到廣泛應用。但該類型設備也存在一次性投資較大、故障點不易查找、發生故障時多造成設備停電損失大等問題[1]。本文對一起550kV GIS隔離開關事故進行分析，并提出防范措施，提高設備運行可靠性。

故障發生時保護動作，斷路器跳閘，系統中5041/5042短引線保護采到50416刀閘故障電流有效值16.35kA，5041開關采到故障電流9.06kA，5042開關采到故障電流7.29kA，主變高壓側套管故障電流4.64kA，主變高壓側B相電壓、500kV線路B相電壓均為0，其它相電壓及電流反應均正常。同時檢查檢測GIS各氣室SF6氣體成份，發現50416刀閘氣室SF6氣體成份中H2S氣體含量為98.68ppm、SO2氣體含量為77.69ppm，其它氣室SF6成份正常。從保護動作跳閘采集到的的電流電壓數據，以及GIS各氣室SF6氣體成份分析，確認故障位置為50416刀閘B相，故障性質為50416刀閘B相金屬性單相接地故障。

1 原因分析

解體50416B相刀閘以及相關的氣室后檢查發現，元件的主要損傷情況有:50416B相隔離開關絕緣拉桿燒損及表面碳化、絕緣拉桿兩側屏蔽罩燒損，以及由于電弧的產生及運動造成對隔離開關傳動機構室內表面多處燒傷。

1.1 事故發生的直接原因

根據現場對故障元件解體看到，隔離開關動觸頭外屏蔽罩和隔離開關尾部屏蔽罩燒損較嚴重，絕緣拉桿上平面燒損也比較嚴重（圖1），因此認為隔離開關絕緣拉桿表面首先閃落而產生放電是引發隔離開關對地閃絡事故的原因。比較該項目電廠剛投運時其中隔離開關絕緣拉桿先后發生兩次放電情況，其放電位置與本次事故放電位置一致。兩次放電痕跡清楚的表明，隔離開關動觸頭外屏蔽罩燒損，隔離開關尾部屏蔽罩左上方燒損，絕緣拉桿上表面有燒損痕跡（圖2、圖3），因此認為也是絕緣拉桿上表面沿面先閃絡再引發接地放電保護動作跳閘。

圖1 本次隔離開關絕緣拉桿放電的照片

圖2 第一次隔離開關絕緣拉桿放電的照片

圖3 第二次隔離開關絕緣拉桿放電的照片

在對現場事故元件的詳細檢查和初步分析的基礎上，并結合前兩次發生的絕緣拉桿表面放電燒損的情況分析，本次事故的直接原因是：絕緣拉桿上表面沿面先閃絡再引發接地放電保護動作跳閘。

1.2 GIS隔離開關絕緣結構分析

從結構上分析該隔離開關經過絕緣型式試驗的考核證明其絕緣結構設計是合理的、可靠的，而且在第二次事故發生后重新對該隔離開關結構進行了電場分析，計算結果表明該隔離開關電場結構完全滿足技術協議規定的絕緣要求、并具有十分大的裕度。因此可徹底排除因設計結構問題造成本次故障的可能。與其同樣結構的隔離開關的產品，例如其他項目工程已正常運行了兩年多，沒有上述同類故障問題發生，這也充分證明了該絕緣結構并不是造成本次故障的原因。

GIS設備廠的出廠絕緣試驗工裝設備含同類結構的兩個隔離開關，該設備要對每個550kV GIS安裝單元做一次耐壓試驗，對每個隔離開關安裝單元做兩次耐壓試驗（740kV 1min），且要對斷路器、10%安裝單元做1675kV雷電沖擊耐壓試驗，該試驗工裝曾經累計耐壓操作次數達到500多次，絕緣拉桿沒更換過且無任何損傷。這更進一步證明絕緣結構沒有問題，同時也說明絕緣拉桿質量問題也不是普遍現象。

1.3 故障根本原因分析

在解體故障實物，以及在上述絕緣結構的分析基礎上，認為導致本次事故的根本原因為：50416B相絕緣拉桿在產品組裝時其上部外表面殘留有微量粉塵雜質且未能及時清理干凈，或拉桿本身外表面存在局部的缺陷，例如表面可能有涂層灰塵雜質,都可能不同程度的導致GIS內部電場發生畸變，使得局部電場加強而產生局部放電,在運行電壓長期作用下，此局部放電將引起絕緣快速劣化，最后造成絕緣拉桿表面閃絡放電。該拉桿雖為進口件，同時也經過了出廠耐壓試驗和現場交接驗收耐壓試驗，但由于存在上述缺陷，在耐受較高電壓后可能在絕緣拉桿表面形成了非貫穿放電痕跡，這些痕跡經過一段時間的帶壓運行后，逐漸向前延伸，最終造成對地閃絡。

2 解決對策及建議

現場放電事故采取的相應措施：為盡快恢復電廠供電，通過分析明確系此相隔離開關絕緣拉桿在總裝試驗等環節存在缺陷隱患導致，故采取了在現場對事故中損壞的零部件進行了更換：更換SF6分解物污染的母線相關元件（密封圈、觸指、觸指架）；更換50416B相隔離開關因短路電流作用而損壞燒損元件（動、靜觸頭、動側屏蔽罩、觸頭座、絕緣拉桿及隔板、密封圈等受損元件）；嚴格按造GIS清潔工藝清理由于事故而產生污染的元件，如罐體內表面、導體內外表面，確保裝配元件的清潔度。裝配完每一個單元后，進行了主回路電阻測量、隔離開關機械特性測量、SF6氣室微水含量測量、SF6氣體漏氣量檢測、二次接線檢查、主回路工頻耐壓（80%額定工頻耐受電壓）等試驗項目。

運行維護中采取的措施：為保證經過故障處理后設備安全可靠穩定運行，不再因此類缺陷隱患導致發生設備故障停電造成重大的經濟損失，在運行維護中應加強GIS各部件氣室的運行數據巡檢分析，主要是加強運行中設備有無異常放電聲音、各氣室SF6氣室壓力是否在正常范圍、各項電壓電流是否平衡，以及應用GIS局部放電檢測技術加強運行中局部放電的檢測，如有異常應立即安排處理，避免缺陷的進一步擴大，造成跳閘停電損失重大。

裝配總裝環節質量控制建議：重視GIS制造工藝的各環節審查，嚴格控制各工序質量，提高設備的制造質量；嚴格GIS設備現場安裝、調試的質量管理，并按照相關技術規程對設備進行逐一排查，發現微小的異常均應引起足夠重視；除運行中通過各種離線和在線試驗檢測設備及時掌握GIS設備的運行狀態外，在設備裝配總裝試驗環節更要加強每一道工序的質量控制，把缺陷隱患消除在設備投運前，避免運行中造成重大的停電經濟損失。

效果檢查：按照以上提出的解決對策并經各項試驗合格后，開始投入運行，運行中密切監視SF6各氣室壓力正常，監測的各項電壓電流均正常，現場設備運行聲音正常，運行至今未再發現異常和故障，設備運行良好。

綜上，GIS電氣設備以運行可靠性高、檢修維護工作量小、故障發生率低等優點在電力系統中得到廣泛應用，但GIS—旦發生故障，其檢修拆卸工作量大、停電時間長，嚴重影響廠站正常供送電。因此對于如何減少GIS故障發生率，以及故障發生后如何進行檢查、分析、處理是非常重要的。本文詳細闡述了該電廠GIS隔離開關B相絕緣拉桿放電故障分析及處理過程，并提出改進措施及建議，解決了設備隱患。對提高GIS隔離開關運行安全性具有一定的意義，為同類設備電廠提供參考和依據。