主變高壓電纜GIS側(cè)電纜頭氣室絕緣擊穿事故的原因及對策

廣西桂冠開投電力有限責(zé)任公司 韋柳丹

主變高壓電纜GIS側(cè)電纜頭氣室絕緣擊穿事故的原因及對策

廣西桂冠開投電力有限責(zé)任公司 韋柳丹

1 前言

樂灘電廠位于廣西忻城縣紅渡鎮(zhèn)上游3千米，是紅水河規(guī)劃的第八個梯級水電站，裝機(jī)容量為4×150MW。220kV GIS設(shè)備系統(tǒng)采用河南平頂山天鷹集團(tuán)平高電氣公司ZF11-252（L）系列SF6氣體絕緣全封閉式組合電氣設(shè)備，雙母線接線方式，共分為十一個間隔，有五回出線，樂永線（QF 2051）接至永豐變；樂溯線Ⅰ（QF2052）接至溯河變Ⅰ；樂溯線Ⅱ（QF2053）接至溯河變Ⅱ；百樂線（QF2054）接至百龍灘電廠；六樂線（QF2055）接至六墟變。

2 GIS系統(tǒng)介紹

與傳統(tǒng)的AIS不同，GIS系統(tǒng)把開關(guān)間隔的所有功能統(tǒng)一歸并到一個密封艙中，該密封艙配備有兩個或三個絕緣套管，絕緣套管的數(shù)量取決于變電站的接線圖，對于改建、擴(kuò)展、升級或新建變電站等各種應(yīng)用而言，GIS是最適合的。GIS是由金屬殼密封，把氣體絕緣的斷路器、隔離開關(guān)、電流及電壓互感器與套管全部組合在一個共用的氣室內(nèi)。氣室內(nèi)部充有一定壓力并有優(yōu)異滅弧和絕緣能力的SF6氣體。SF6是一種無色、無味、無毒、不會燃燒的氣體，其化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)滅弧能力強(qiáng)，介電強(qiáng)度高，絕緣性能好，常壓下其絕緣能力為空氣的2.5倍以上，其滅弧能力相當(dāng)于相同條件下空氣的100倍。

(2)介質(zhì)恢復(fù)速度特別快，冷卻特性好，開斷近區(qū)故障的性能特別好，使用壽命長。

(3)SF6氣體電弧分解場中不含有碳等影響絕緣能力的物質(zhì)，觸頭在開斷電弧中燒損極其輕微。

GIS配電系統(tǒng)的額定電壓為252kV，額定頻率為50Hz，額定電流為2000A，額定短路開斷電流為50KA，額定短時(shí)耐受電流為50KA，額定短路持續(xù)時(shí)間為3S，額定峰值耐受電流為125KA。GIS配電系統(tǒng)由斷路器（CB）、隔離開關(guān)（DS）、檢修用接地開關(guān)（ES）、故障關(guān)合接地開關(guān)（FES）、母線、電流互感器（CT）、電壓互感器（VT）、避雷器（AR）、終端元件等組成。

3 事故經(jīng)過

1）事故前狀態(tài)

＃2、#3、＃4機(jī)組運(yùn)行，#2機(jī)帶150MW固定負(fù)荷，＃3、＃4投入AGC控制，#1主變檢修，#2、#4機(jī)分別通過#2、#4主變接入220kV II段母線，#3機(jī)通過#3主變接入220kV I段母線，母聯(lián)斷路器QF2012合閘運(yùn)行狀態(tài)。

2）事故經(jīng)過

2007年05月01日15時(shí)53分，運(yùn)行人員開始對#1主變(TM1)冷卻系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行，16時(shí)30分 開始對#1主變(TM1)恢復(fù)運(yùn)行操作，17時(shí)35分操作到合QF2001時(shí)，在監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)合QF2001命令后，#1發(fā)變組A、B柜同時(shí)動作出口跳QF2001。在中控室聽到較大的沖擊聲，監(jiān)視#2、#3、#4機(jī)運(yùn)行正常，同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)有“#1發(fā)電機(jī)主變壓器斷路器QF2001 分閘”等信號出現(xiàn)，現(xiàn)場檢查#1發(fā)變組保護(hù)A、B柜有：主變差動速斷、比率差動、工頻變化量差動動作，跳閘紅燈亮。自動化維護(hù)人員提取#1發(fā)變組A、B柜故障波形，B相二次接地電流為：50.73A，折合一次電流為：12175A。判斷故障為#1主變高壓側(cè)B相發(fā)生了金屬性接地，且為#1主變高壓電纜GIS側(cè)電纜頭氣室（F2間隔，5GP氣室）（B相）內(nèi)部發(fā)生了接地故障，最大故障電流12175A，故障持續(xù)時(shí)間：60ms。

4 原因分析

1）油樣化驗(yàn)

事故發(fā)生后，立即取了#1主變本體及三相高壓套管絕緣油樣送至廣西電力試驗(yàn)研究院進(jìn)行色譜及水分測試，結(jié)果未見異常，如表1所示：

表1 氣體組分含量分析結(jié)果

表2 SF6組分含量分析結(jié)果

2）SF6氣體化驗(yàn)

5月6日，電力試驗(yàn)研究院在解體前對故障間隔進(jìn)行了SF6組分含量的檢測，結(jié)果也未見異常，如下表2所示：

3）拆開后狀況

用回收裝置回收三相電纜頭氣室的氣體至零表壓后，拆開F2間隔電纜頭氣室三相-絕緣盆連接螺桿，往后移動三相筒體約400mm左右，發(fā)現(xiàn)B相的一只絕緣盆接地放電燒黑，橫導(dǎo)電桿被電弧燒傷面積約1/4左右，電纜頭底部邊椽被灼傷多個黑麻點(diǎn)，B相筒內(nèi)壁和導(dǎo)電桿表面有一層氧化白色粉末，A、C相筒內(nèi)壁和導(dǎo)電桿表面也有一些氧化白色粉末，C導(dǎo)電桿和靜觸頭有過熱現(xiàn)象。經(jīng)過處理、反復(fù)清洗、清掃三相筒內(nèi)壁和導(dǎo)電桿表面后消除臟物、黑點(diǎn)。更換三相-絕緣盆，更換C相靜觸頭，更換三相分子篩，電纜頭氣室和上隔刀氣室更換了SF6新氣體，經(jīng)過檢測合格。檢查壓力表外表無損壞、壓力值在合格范圍。

4）現(xiàn)場檢查狀況

斷路器的操作機(jī)構(gòu)壓力正常、油泵打壓時(shí)間為5分鐘、起動壓力24.3MPa、停止壓力27.0MPa。連管無滲漏，油泵電機(jī)無異音，運(yùn)轉(zhuǎn)正常。油位正常。外殼接地良好、無銹蝕過熱現(xiàn)象。全部檢查未發(fā)現(xiàn)異常。

5）結(jié)論

造成此次事故的主要原因是＃1主變高壓側(cè)一次設(shè)備B相金屬接地,造成的原因有管理上的，也有技術(shù)上的。

5 防范措施

1）針對管理上的原因，提出以下防范措施

嚴(yán)格按照GIS設(shè)備、電纜頭附件的制作及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，確保設(shè)備無隱患投入系統(tǒng)運(yùn)行。

嚴(yán)格執(zhí)行SF6氣體的管理的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)真作好SF6氣體的驗(yàn)收關(guān)，保存關(guān)及使用關(guān)，杜絕相關(guān)指標(biāo)不合格的氣體進(jìn)入運(yùn)行設(shè)備。

嚴(yán)禁在GIS室周圍進(jìn)行振動大的工作。

制訂技術(shù)監(jiān)控年度計(jì)劃并認(rèn)真執(zhí)行。

新裝設(shè)備或設(shè)備解體檢修后，設(shè)備必須抽真空；SF6氣體須經(jīng)氣體濕度試驗(yàn)合格后方可使用。

嚴(yán)格按規(guī)程要求定期進(jìn)行密度繼電器及壓力表校驗(yàn)。

新裝電纜頭或電纜頭內(nèi)腔需充油時(shí)必須采用真空注油方式。

新安裝或設(shè)備解體檢修時(shí)應(yīng)保證作業(yè)場所符合檢修標(biāo)準(zhǔn)要求。

2） 針對技術(shù)方面的原因采取的預(yù)防措施

GIS室應(yīng)裝設(shè)溫、濕度計(jì)和除濕裝置，維護(hù)人員在運(yùn)行中應(yīng)定期檢查GIS室的溫濕度，當(dāng)濕度超過80%時(shí)，應(yīng)開啟除濕裝置。

應(yīng)在晴朗干燥天氣進(jìn)行充氣，并嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)程和檢修工藝操作要求進(jìn)行操作。充氣的管子必須用聚四氟乙烯管，管子內(nèi)部干燥，無油無灰塵，充氣前用新的SF6氣體進(jìn)行沖洗。

使用高效干燥劑，并在使用前經(jīng)活化處理，安裝時(shí)盡量縮短暴露于大氣中的時(shí)間，減少吸附劑自身帶入的水分。

嚴(yán)格控制密封件的質(zhì)量關(guān)，采用滲透率小的密封件，加強(qiáng)設(shè)備密封面的加工、組裝的質(zhì)量管理，保證密封良好。同時(shí)運(yùn)行中加強(qiáng)GIS設(shè)備壓力的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)壓力值有異常變化時(shí)，應(yīng)對設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的檢漏，查找設(shè)備的泄漏點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行消缺，避免水分的侵入。

巡檢時(shí)認(rèn)真檢查電纜頭油系統(tǒng)壓力情況，接近0.5bar時(shí)及時(shí)聯(lián)系廠家處理，發(fā)現(xiàn)油路滲漏時(shí)及時(shí)消缺。

運(yùn)行前必須認(rèn)真檢查，保證電纜屏蔽層接地；限壓器按規(guī)程要求定期試驗(yàn)，及時(shí)更換不合格產(chǎn)品。

6 注意事項(xiàng)

1）在設(shè)備解體前，需要有以下所需工器具：SF6氣體服務(wù)車、SF6氣體檢漏儀、SF6氣體水分檢測儀、含氧量測定儀、漏點(diǎn)測試儀以及根據(jù)要處理的氣室容量相應(yīng)的濕度合格的新SF6氣體，另外還有可用的氮?dú)狻?/p>

2）在GIS室內(nèi)處理事故時(shí)，一定注意好個人的防護(hù)。

[1]廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院. 廣西紅水河樂灘水電站工程運(yùn)行設(shè)計(jì)報(bào)告[J].2008

[2]樂灘電廠運(yùn)行人員.樂灘電廠GIS運(yùn)行規(guī)程（第二版）[J].2008

[3]樂灘電廠生產(chǎn)技術(shù)部.樂灘電廠GIS設(shè)備電纜頭氣室絕緣擊穿應(yīng)急預(yù)案[M].2007.