一起GIS設備誤操作事故分析及管控措施

陳 軒，劉南波，文雅欽，戴栩生，劉子陽

（1.國網湖北省電力有限荊州供電公司，湖北 荊州 434000；2.國網湖北省電力有限公司孝感供電公司，湖北 孝感 432000；3.國網湖北省電力有限公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077）

0 引言

GIS因具有絕緣性能好、運行安全可靠、占地面積與空間體積小、安裝維修方便、免維護等優點［1-4］，而被廣泛應用［5-6］。但由于GIS的導電部分全封閉于GIS管道中，對運行維護帶來一些負面影響，如開罐檢修工藝復雜、安裝環境無塵化要求高、GIS 氣體污染等［7］。當GIS 設備發生局部故障而需要停電檢修時，往往要將相鄰的GIS 氣室也進行停電，擴大了停電范圍［8］；GIS氣體回收以及真空注氣往往耗時長，增加了停電時間。特別是內部設備狀態無法直接觀察，在檢修、維護時，如果作業人員安全防范意識不到位，可能進行誤操作，輕者造成設備損壞、人員受傷，重者造成電網主設備燒毀電網大面積停電，帶來巨大損失。

本文通過對一起GIS 設備電氣誤操作事故的分析，總結了在GIS設備檢修時的安全風險點，并提出相應的控制措施。

1 事故簡介

1.1 事故前運行方式

某發電廠345 kV（北）開關場，為配合機組大修，于2022 年3 月初進行3540、3550 斷路器維修保養工作，現場一次設備為雙母3/2接線，故障設備接線圖如圖1所示。

圖1 現場一次接線圖Fig.1 Field primary wiring diagram

1.2 事故發生經過

2022 年3 月2 日，某電廠維修單位發現3540 斷路器SF6氣體含水量過高，將該斷路器所屬氣室SF6絕緣氣體進行回收，以便過濾及熱處理去除其中水分。2022年3月3日，操作人員進行3541隔離開關操作時，專責監護人向操作人員表示3540氣室內無氣體，但操作人員與工作許可人均未意識到可能風險，執行3541隔離開關合閘操作，造成氣室內導體對外殼閃絡。同時，由于保護裝置判斷錯誤，造成母線停電，進而導致多臺發電機組跳開，系統頻率波動，最終損失負荷1 050萬kW，占區域電網負荷總量的1/3，約552.9萬用戶受到影響。

2 設備故障分析

2.1 故障發展過程分析

結合現場事故分析報告，由于3540 斷路器氣室的SF6氣體被回收，設備氣室處于真空狀態，絕緣性能下降，3541 刀閘在其合閘過程中發生合閘預擊穿，此時，3540 斷路器氣室已帶電，合閘預擊穿足以將其絕緣擊穿，發生接地短路，其短路電流可達到20 kA［9］，而此時3541 刀閘還未合閘到位，其回路電流增大、通流能力減弱，產生高溫將導體燒熔，金屬蒸汽揮發后，3541 氣室絕緣被擊穿，發生閃絡，事故發展流程如圖2所示。

圖2 事故發展流程圖Fig.2 Accident development flowchart

3541隔刀氣室擊穿后，短路電流由3540氣室閃絡路徑改至3541 氣室閃絡路徑流入外殼，GIS 殼體通常為8 mm 左右的鋁合金材質，只能承受0.3 s 左右短路電流，而本次故障母線保護未動作，其短路電流可能持續數秒，進而導致殼體嚴重燒損，現場如圖3所示。

圖3 事故現場照片Fig.3 Photos of the accident scene

2.2 故障氣室絕緣性能分析

本次故障中，3540斷路器氣室在抽真空后的閃絡擊穿是故障發生的源頭。GIS氣室內通常可視為均勻電場環境，在低氣壓下，其擊穿電壓符合巴申曲線，即擊穿電壓只與Pd（其中P為SF6氣體壓力值、單位為MPa，d為絕緣靜距離、單位為mm）乘積相關，如圖4所示。

圖4 空氣中的經典完整巴申曲線[10]Fig.4 Classic complete Bashan curve in the air

試驗表明，SF6氣體在p≤0.2 MPa是遵循巴申曲線。SF6氣體與空氣的巴申曲線趨勢相似，擊穿電壓更高，如圖5所示。由圖5可知，氣體在巴申曲線中的最低擊穿電壓通常出現在100 Pa 附近，而GIS 氣室抽真空后的壓力通常為133 Pa，即使是SF6氣體，在該環境下的絕緣性能也遠小于標準大氣壓下的空氣。345 kV GIS的導體相對地凈距離約為20 cm～30 cm，其擊穿電壓小于10 kV，遠低于其設備運行電壓199.2 kV。因此，當斷路器一端帶電后，該氣室絕緣很快即被擊穿，發生閃絡。

圖5 SF6氣體與空氣的巴申曲線的比較[10]Fig.5 Comparison of SF6 gas and Bashan curve of air

3 事故原因及安全風險分析

事故發生直接原因是檢修人員對作業風險管控不到位，進行了誤操作導致事故發生。對此事故現場作業風險分析如下：

1）現場防誤操作安全措施不到位，現場設備操作僅使用“禁止操作作業卡”等提示性措施進行管控，存在極高的誤操作風險。

2）現場未嚴格落實高作業風險現場作業的相關規定，危險點辨識不清，在氣室抽真空情況下，對帶電設備進行操作，使檢修設備帶電，存在設備絕緣擊穿的風險。

3）作業范圍劃分不明，3541隔離開關機構進行更換零部件工作后，現場作業人員應待3540斷路器完成充氣后，方可對隔離開關進行操作，兩個作業面交叉作業混亂，直接導致了本事故的發生。

4）進行現場一次設備操作前，到現場確認設備狀態時，未對相鄰檢修設備狀態進行復查，未核實現場風險。

在檢修、試驗工作聯絡書（工作票）填寫時，檢修人員在對是否需要做設備試運轉和設備異常檢修、試驗等，是否可能有跳機風險選項時均選填“否”，運維人員未對設備異常檢修、試驗等，是否可能有跳機風險選項進行填寫，且相關人員未確認簽名。

5）2016 年更新的該電廠開關廠母線繼電保護裝置設定啟動閉鎖保護時間（5 s）與舊的電機驅動隔離開關動作時間（7 s）兩者之間有時序差別，導致保護裝置自動閉鎖，而關閉保護功能，未及時切除故障，造成事故后果擴大。

4 結語

此次事故中作業人員對安全風險的忽視、事故導致的后果都具有極大的警示作用。對于檢修作業中的安全風險管控，建議采取以下措施：

1）嚴格杜絕違章操作、無票作業，將防誤操作各項措施落到實處。

2）嚴格落實現場作業的安全措施，認真辨識作業現場存在的危險點，各級管理人員要落實到崗到位制度，確保作業現場有“明白人”。

3）嚴格落實現場交接班制度，持續進行多日的現場，運維人員應對每天的工作做到心中有數，檢修人員變動時，應對現場安全措施、工作任務交接清楚。

4）完善GIS 設備SF6氣體壓力閉鎖功能?，F在GIS/HGIS 設備斷路器室低氣壓閉鎖僅能實現對斷路器的分合閘操作進行閉鎖，應完善功能，實現在斷路器室氣壓降至無法滿足絕緣要求時，對隔離開關的分合進行閉鎖。

5）嚴格落實現場作業人員的安全培訓，加強多種傳播途徑的安全文化宣傳，做到事前想安全、事后思安全、日常論安全，營造“我要安全”的安全文化氛圍。