一起110kV氣體絕緣金屬封閉開關設備電阻異?，F象分析

楊海東 徐清華 李 偉

一起110kV氣體絕緣金屬封閉開關設備電阻異常現象分析

楊海東1徐清華2李 偉1

（1. 山東泰開高壓開關有限公司，山東 泰安 271000； 2. 山東泰山資源勘察有限公司，山東 泰安 271000）

在某電站110kV氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）例行檢修時發現，一臺設備某相接觸電阻異常。結合現場排查、解體維修和后續試驗，本文對故障最可能的發展過程進行詳細分析。為避免同類型缺陷再次發生，在總結本次故障處理經驗的基礎上，提出相應預防措施，為類似缺陷的處理提供參考。

氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）；電阻異常；成分分析；預防措施

0 引言

氣體絕緣金屬封閉開關設備（gas insulated switchgear, GIS）具有占地面積和空間小、受外界環境干擾小等優點，被越來越廣泛地應用于高電壓等級電網中[1]。由于GIS是全封閉組合電力設備，運行中的電接觸不良等故障無法被有效發現，一旦發生，對GIS安全運行危害極大。

如果GIS導電接觸部位觸頭松動[2]或接觸不良，就會導致回路電阻[3]增大，繼而造成接觸點溫度升高，溫度升高又會導致接觸電阻進一步增大[4-5]，如此惡性循環會引發接觸導體在正常工作電流下過熱燒損[6]，釀成事故。

及時發現并排除GIS運行過程中潛在的此類缺陷隱患，提升GIS運行可靠性，對于保障電網運行安全至關重要。DL/T 617《氣體絕緣金屬封閉開關設備技術條件》和Q/CSG 114002—2011《南方電網公司電力設備預防性試驗規程》中均要求定期開展GIS導電回路電阻測量工作，就是為了及時發現和處理GIS導電回路各連接部分在安裝、運行過程中出現的問題，消除事故隱患。

本文對110kV GIS例行檢修時遇到的一起回路電阻異?，F象進行分析，盡可能分段測量回路電阻，測試SF6分解產物[7-9]，確認故障位置并進行相應維修，通過對所用零部件材料[10]進行分析，得出故障發生的過程，并提出相應的預防措施。

1 故障概述

2016年3月，某變電站對一110kV GIS進行定期例行檢修。經測量發現，1號主變間隔架空瓷套管接線板至母線三工位接地側接地開關之間三相回路電阻偏差較大。故障間隔結構斷面如圖1所示。現場實測三相回路電阻值見表1。

圖1 故障間隔結構斷面

表1 現場實測三相回路電阻值

2 故障處理

檢修人員對比此次測量結果與以往歷史測試值發現：A、B相電阻值與歷史測試值相差較少，且相間均衡，在廠家理論電阻值范圍內；C相電阻遠大于歷史數據和廠家理論值。

根據GIS廠家技術人員分析，如果是接觸部位鍍銀層脫落或未居中裝配等原因，電阻數值偏差幅度不會太大，極可能是內部導體已經發生質變，需要進一步確定電阻異常的部位，然后進行針對性地拆解排查。

為確保拆解人員安全，檢修人員首先對該間隔所有氣室的SF6分解產物進行測量，確認本間隔三個氣室均無H2S、SO2等異常氣體成分。

根據GIS廠家技術人員指導，現場分別測量了圖1中套管接線板—線路側快速接地開關、線路側快速接地開關—母線三工位接地側接地開關、線路三工位接地側接地開關—母線三工位接地側接地開關三段區間電阻。套管接線板—線路側快速接地開關、線路三工位接地側接地開關—母線三工位接地側接地開關兩處區間電阻值均在廠家規定范圍內，線路側快速接地開關—母線三工位接地側接地開關區間電阻明顯較大。據此可判斷電阻異常位置位于線路側快速接地開關與線路三工位接地側接地開關之間的動連接部位，即隔離開關靜側。

為確認故障點，辦理相關工作申請后，現場打開該三工位開關的封板進行檢查。將該氣室SF6氣體完全回收，后回氣至大氣壓力。打開封板，發現殼體內壁及導體表面沾滿白色粉末，C相隔離靜側觸座的屏蔽罩下側熔穿，如圖2所示。

圖2 C相靜側觸座熔穿

現場將C相動、靜觸座裝配進行更換，并清理三工位殼體內壁與導體表面雜質。復測，電阻值恢復正常。

3 現場解體情況

將C相動、靜觸座拆解取出，觀察到動觸頭與靜觸座接觸位置有輕微點狀燒熔現象，C相動觸頭如圖3所示；靜側屏蔽罩下側有黑色、綠色熔渣如圖4所示；梅花觸頭卡圈完整，觸片位置保持良好，觸頭插入量正常。

圖3 C相動觸頭

圖4 黑、綠色熔渣

將靜側屏蔽罩拆解取出，觀察到觸片形狀基本保持完整，觸片外側比內側燒損嚴重，觸片表面沾有金屬熔化物。固定梅花觸頭的彈簧僅余2支，且已斷裂，剩余彈簧圈數約為96圈。靜觸座與梅花觸頭接觸位置燒損嚴重，外表面形成多處凹坑，梅花觸頭靜觸座如圖5所示。屏蔽罩除燒穿外，內壁多處連續燒損，如圖6所示。

圖5 梅花觸頭靜觸座

圖6 屏蔽罩

4 原因分析

將熔渣返廠進行成分測試，黑色熔渣成分見表2，綠色熔渣成分見表3。

兩種顏色的熔渣殘留物主要成分為鐵（Fe）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、銅（Cu）等。熔渣成分與斷裂的彈簧成分（0Cr17Ni12Mo2）基本吻合。體積大于現存兩支彈簧的缺失部分（約20圈），與1支彈簧體積相仿。由此判斷，靠近屏蔽罩處的彈簧完全燒熔，在重力作用下滴流造成屏蔽罩燒穿。

表2 黑色熔渣成分

表3 綠色熔渣成分

根據上述分析可推斷出本次屏蔽罩熔穿的原因是，導體接觸面的接觸電阻增大導致溫度升高，溫度升高又導致接觸電阻增大，繼而兩者不斷惡性循環。從拆解部件可知，相較于其他位置，靜觸座與觸片接觸位置有燒損后的凹坑（見圖5），觸片與動觸頭接觸位置存在明顯燒損痕跡（見圖3），說明兩接觸位置產生的熱量足夠多，引起燒損。由于梅花觸頭在通電流時，各觸片間產生相互吸引的電動抱緊力，凹坑不會一直擴大。在燒損過程中持續產生的熱量使彈簧的強度逐漸降低，進而造成其中一根彈簧斷開。彈簧斷開后對觸片的抱緊作用力降低，造成觸片與靜觸座更大程度的虛接，因此發熱不斷加劇，造成其余兩支彈簧強度降低并相繼斷開。根據梅花觸頭結構可知，內側彈簧與屏蔽罩間隙較?。?mm左右）。彈簧斷開后，與屏蔽罩內壁搭接，形成另一條通路，電流流過時，產生了觸片—彈簧—屏蔽罩的分流，在屏蔽罩內壁上不斷燒蝕，隨著時間積累，彈簧熔化。此三工位內，屏蔽罩安裝方向為水平偏下30°，梅花觸頭裝配如圖7所示，在重力作用下熔化的彈簧滴流，造成屏蔽罩下側燒穿。

圖7 梅花觸頭裝配

此三工位結構用到的彈簧材料為彈簧鋼絲1.6/0Cr17Ni12Mo2，即316不銹鋼，它的熔點是1 100℃左右，銅的熔點是1 083℃左右，101鑄鋁的熔點低于純鋁的熔點（660℃）。銅觸片與彈簧兩種材料熔點相近，但由于彈簧的電阻比鍍銀銅觸片大，根據電熱公式=2，彈簧產生的熱量更多，因此可以看到彈簧燒熔痕跡比銅觸片更明顯。

5 故障總結

上述內容分析了此次故障從接觸電阻開始增大到最后燒熔的過程，導致最初接觸電阻增大的原因，涉及加工、裝配、運輸等多個環節，無法準確判斷，可能的原因有：①彈簧接頭沒有搭接牢固，在操作開關的過程中，彈簧從接頭處即開始放大缺陷，造成壓接力減小，接觸電阻增大；②動、靜觸頭松動，接觸位置鍍銀層附著力不足，經過頻繁的機械操作后，磨損嚴重；③裝配時未居中裝配，雖出廠時滿足要求，但是后續操作過程放大了此處的裝配誤差；④運輸或吊裝過程中的顛簸等。

6 結論

GIS回路電阻測試作為GIS運行過程中必須開展的項目，對設備的運行狀態評價有重要作用。在設備運行過程中，接觸電阻異常增大極可能帶來嚴重事故。

為提高GIS的可靠性和穩定性，減少GIS電阻異常故障的發生概率，需以預防為主，特提出以下幾點預防措施：

1）嚴控零部件質量，減少零部件至總裝件的誤差累積。

2）規范裝配工藝，防止出現觸頭接觸不良、裝配卡滯等現象，杜絕導體偏心裝配狀態。開關進行動作測試后檢查觸座是否松動。

3）加強運輸環節控制，裝設三維沖擊記錄儀等，增加運輸環節監測，避免震動引起內部導體移位等。

4）安裝過程中實時檢查動靜側觸頭與觸座是否居中裝配。

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Analysis of an abnormal phenomenon of 110kV gas insulated switchgear contact resistance

YANG Haidong1XU Qinghua2LI Wei1

（1. Shandong Taikai High Voltage Switchgear Co., Ltd, Taian, Shandong 271000; 2. Shandong Taishan Geological Prospecting Company, Taian, Shandong 271000)

During the routine maintenance of 110kV gas insulated switchgear (GIS) in a power station, it is found that a phase contact resistance of the equipment is abnormal. According to the site check, maintenance work and related tests, this paper makes a detailed analysis of the most possible development process of the failure. In order to avoid the similar defects, the corresponding suggestions are put forward on the basis of summarizing the experience of this fault treatment, providing reference for the treatment of similar defects.

gas insulated switchgear (GIS); abnormal resistance; components analysis; pre- cautionary measures

2022-07-07

2022-08-05

楊海東（1986—），男，山東省泰安市人，本科，工程師，主要從事GIS的研發設計、運維和故障處理工作。