GIS隔離開關(guān)合閘不到位引發(fā)拉弧故障的處理與分析

周金聰，黃冰心

(南安電力公司，福建 南安 362300)

1 引言

GIS由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活和免維護(hù)以及不受外界環(huán)境條件影響等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中得到了越來越廣泛地應(yīng)用。但GIS與傳統(tǒng)的AIS設(shè)備相比，直觀性不強(qiáng)，無法直接用肉眼判斷其隔離開關(guān)觸頭合閘是否到位，一旦發(fā)生觸頭合閘不到位，則會引起事故。

本文通過對現(xiàn)場一起因隔離開關(guān)合閘不到位引發(fā)的拉弧故障案例的分析，提出了GIS中應(yīng)該在斷路器合閘控制線路中增加隔離開關(guān)合閘到位聯(lián)鎖控制信號的改進(jìn)意見，并建議隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)選用氣動或彈簧操作機(jī)構(gòu)。

2 故障經(jīng)過及設(shè)備檢查、試驗(yàn)

2011年11月28日23時11分，本轄區(qū)110 kV后田變#2主變在由冷備用轉(zhuǎn)運(yùn)行的操作過程中，#2主變帶上負(fù)荷并合環(huán)運(yùn)行約10分鐘后，其差流速斷、比率差動保護(hù)動作，主變兩側(cè)開關(guān)跳閘。

2.1 設(shè)備外觀檢查

故障發(fā)生后對差動保護(hù)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行了全面地外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。各開關(guān)、刀閘的現(xiàn)場電氣指示、機(jī)械指示均正常，只有調(diào)度SCADA系統(tǒng)未正常顯示主變刀閘的合閘變位信號。

2.2 現(xiàn)場試驗(yàn)

對主變本體進(jìn)行了常規(guī)電氣試驗(yàn)、油色譜氣體組分分析，結(jié)果合格;主變保護(hù)復(fù)測正常;檢查故障錄波，發(fā)現(xiàn)有明顯的故障電流。重新對隔離開關(guān)電動操作，SCADA系統(tǒng)能正常顯示主變刀閘的合閘變位信號。

對110kVⅡ段母線上6個氣室的SF6氣體純度、微水、分解物進(jìn)行測試，結(jié)果是主變高壓側(cè)隔離開關(guān)1622刀閘氣室的分解物SO2嚴(yán)重超標(biāo)，表明該氣室曾經(jīng)發(fā)生過較為嚴(yán)重的放電故障。檢測結(jié)果如表1所示。

2.3 解體情況

2.3.1 現(xiàn)場解體

回收SF6氣體后，拆開手孔封板，發(fā)現(xiàn)筒內(nèi)有白色粉末，1622刀閘三相動觸頭表面均有不同程度的燒傷黑點(diǎn)，其中A、C相較為明顯，B相較輕微。隔離開關(guān)三相觸頭燒損情況照片如圖1所示。

表1 SF6氣體組分檢測結(jié)果

2.3.2 解體前試驗(yàn)

將1622氣室拆除至檢修車間進(jìn)行深入解體分析。恢復(fù)隔離開關(guān)與本體之間的連桿，根據(jù)二次原理圖給機(jī)構(gòu)接通電源，手動操作兩次隔離開關(guān)后，電動操作兩次，測量隔離開關(guān)動觸頭行程、超行程、同期，均在合格范圍內(nèi)。

將隔離開關(guān)合閘到底后測量三相回路電阻;結(jié)果顯示:A 相為 55.8μΩ，B 相為 59.1μΩ，C 相為30.5μΩ。(由于隔離開關(guān)動靜觸頭有燒損，此數(shù)據(jù)基本滿足要求。)

手動搖動機(jī)構(gòu)分合，用萬用表測量機(jī)構(gòu)輔助開關(guān)的切換位置。經(jīng)過檢測，在機(jī)構(gòu)分合到70% ～80%左右位置時輔助開關(guān)切換。

2.3.3 車間解體

拆除了隔離開關(guān)靜觸頭側(cè)的絕緣盆子，發(fā)現(xiàn)三相靜觸頭屏蔽罩均出現(xiàn)環(huán)形燒蝕，屏蔽罩的圓形邊緣被燒蝕溶化，三相邊緣溶化比較均勻，如圖2所示。從圖2的照片可以看出，放電時觸頭距離屏蔽罩比較近，在三相均產(chǎn)生了放電電弧。

拆掉三相靜觸頭的屏蔽罩，三相靜觸頭觸指上均有被燒蝕的痕跡，B相靜觸頭內(nèi)部觸指抱緊彈簧燒斷一根，如圖3所示。

圖3 三相靜觸頭拆掉屏蔽罩后的情況

拆除隔離開關(guān)的傳動齒輪箱，取出絕緣拉桿，未找到絕緣拉桿上面有放電閃絡(luò)痕跡，發(fā)黑部位是放電溶化物燙傷的結(jié)果，如圖4所示。

3 故障原因分析

根據(jù)設(shè)備解體后的現(xiàn)象分析，推斷故障原因?yàn)楦綦x開關(guān)三相合閘未完全到位，其動觸頭在距離剛合點(diǎn)位置停止，動靜觸頭剛剛接觸，沒有足夠的觸頭壓力，在觸頭上通過較大負(fù)荷電流時引起拉弧放電，造成變壓器跳閘事故。

圖4 三相絕緣拉桿表面情況

再對隔離開關(guān)的行程、超程、同期以及回路電阻測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以推斷，造成隔離開關(guān)觸頭不能完全閉合的原因是由于操作機(jī)構(gòu)問題引起。

隔離開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)使用CJG直流電動機(jī)構(gòu)，控制原理圖如圖5所示。由圖5可以看出，隔離開關(guān)合閘操作機(jī)構(gòu)合閘時，繼電器-KE的線圈在合閘過程中，也就是動觸頭運(yùn)動過程中，應(yīng)該一直通電，從而保證合閘電動機(jī)運(yùn)行，控制線路依靠-KE的輔助觸點(diǎn)自保持來實(shí)現(xiàn)。假如在合閘過程中-KE線圈由于某種原因出現(xiàn)斷電情況，控制回路的自保持作用消失，其線圈失電，則合閘電機(jī)停轉(zhuǎn)，機(jī)構(gòu)合閘操作停止。此時，隔離開關(guān)動觸頭并未合閘到位，從而發(fā)生觸頭合閘不到位停在中途的情況。而如果機(jī)構(gòu)的輔助開關(guān)已經(jīng)切換，則監(jiān)控系統(tǒng)顯示開關(guān)合閘到位信號，同時遙控合閘命令的信號電源被機(jī)構(gòu)的輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換切掉，機(jī)構(gòu)將不會再繼續(xù)操作，此時隔離開關(guān)合閘不到位。由于隔離開關(guān)給出了已經(jīng)合閘的信號，所以斷路器可以正常合閘，則送電后由于隔離開關(guān)觸頭沒有可靠接觸，將發(fā)生燒損故障。

-KE繼電器線圈失電原因可能有:電源回路、電纜插接件或機(jī)構(gòu)內(nèi)部電源回路的接線存在虛接現(xiàn)象，造成在合閘過程中合閘接觸器-KE線圈瞬間失電，輔助接點(diǎn)斷開使開關(guān)合閘操作機(jī)構(gòu)停止操作;繼電器-KE本身質(zhì)量不穩(wěn)定，在操作過程中受震動或一些偶然因素影響，使其輔助觸點(diǎn)斷開等。

圖5 隔離開關(guān)控制原理圖

4 改進(jìn)建議

從上面的分析可知，GIS作為封閉設(shè)備，不能直觀地觀察隔離開關(guān)分合閘到位情況，所以對其合閘情況的監(jiān)測和聯(lián)鎖控制顯得非常重要。建議:

(1)由于電動操作機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中受到二次控制回路電源、輔助觸點(diǎn)等影響較大，容易出現(xiàn)合閘不到位現(xiàn)象，建議GIS隔離開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量選用氣動或彈簧操作機(jī)構(gòu);

(2)不管是采用何種操作機(jī)構(gòu)，對于隔離開關(guān)合閘到位檢查都非常重要，應(yīng)該在斷路器及其它相關(guān)控制中增加隔離開關(guān)合閘到位檢測信號作為聯(lián)鎖控制信號，確保隔離開關(guān)合閘到位才能進(jìn)行斷路器合閘操作;

(3)操作人員在送電操作過程中，應(yīng)對隔離開關(guān)進(jìn)行兩次或以上的合閘操作，以減少隔離開關(guān)合閘不到位的機(jī)率;

(4)對于隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的機(jī)械指示設(shè)計(jì)要合理，能方便操作人員觀察開關(guān)的位置指示;

(5)故障發(fā)生后，可通過采用SF6氣體成分檢測對故障區(qū)間氣室內(nèi)氣體分解物進(jìn)行定量檢定，能有效地實(shí)現(xiàn)故障部位、故障性質(zhì)的快速判斷。

5 結(jié)束語

本文對一起GIS隔離開關(guān)合閘不到位引起的拉弧造成變壓器保護(hù)動作事故進(jìn)行了分析，找出了事故原因，并提出了選用可靠性更高的氣動或彈簧操作機(jī)構(gòu)、在斷路器合閘回路增加隔離開關(guān)合閘到位聯(lián)鎖信號等改進(jìn)措施。

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