一起220 kV GIS母線失壓事故分析

韋德福，李 斌，洪 鶴

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

一起220 kV GIS母線失壓事故分析

韋德福1，李 斌1，洪 鶴2

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

介紹了一起220 kV GIS母線失壓的事故分析過程，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)解體和處理情況，得出GIS母線氣室C相主母線導(dǎo)電桿端部鍍銀銅觸頭與鋁導(dǎo)桿連接處固定螺栓緊固力矩不足，使接觸電阻增大、螺栓通流發(fā)熱，鋁導(dǎo)電桿過熱部位逐漸熔化滴落到下部的B相母線上，引發(fā)三相短路是此次事故發(fā)生的主要原因，通過對(duì)這起事故的分析研究，對(duì)今后GIS類似故障的處理分析提供借鑒與參考。

GIS；母線失壓；三相短路；事故分析

GIS因其占地面積小、維護(hù)工作量少、運(yùn)行可靠及故障率低等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)的使用率逐年增加。但由于其主要部件的工藝技術(shù)、裝配質(zhì)量問題引起的設(shè)備絕緣性能下降問題，已引發(fā)了多起事故［1-5］，嚴(yán)重威脅了電網(wǎng)的安全運(yùn)行。文中對(duì)某500 kV變電站由于GIS故障而導(dǎo)致220 kVⅡ母線失壓事故進(jìn)行分析。

1 事故過程

1.1 事故情況

某500 kV變電站220 kVⅡ母線運(yùn)行中母差保護(hù)動(dòng)作，220 kVⅡ母線失壓，Ⅱ母線上所連接的220 kV新蒲2號(hào)線、蒲法2號(hào)線、蒲輝2號(hào)線、蒲東2號(hào)線、2號(hào)主變二次、1號(hào)母聯(lián)和Ⅱ、Ⅳ母線分段開關(guān)跳閘。該變電站220 kV一次設(shè)備為某高壓開關(guān)有限公司2008年12月生產(chǎn)的252型GIS設(shè)備，2009年9月10日投運(yùn)。故障時(shí)天氣晴，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)作業(yè)，故障設(shè)備外觀如圖1所示。

圖1 故障設(shè)備外觀

1.2 事故前運(yùn)行方式

故障前該變電站系統(tǒng)為正常運(yùn)行方式，500 kV主接線為3／2接線，運(yùn)行有9條線路。220 kV系統(tǒng)主接線為雙母線雙分段接線，運(yùn)行有14條線路。220 kVⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段母線并列運(yùn)行，Ⅰ母線帶新蒲1號(hào)線、蒲法1號(hào)線、蒲輝1號(hào)線、蒲東1號(hào)線，Ⅱ母線帶新蒲2號(hào)線、蒲法2號(hào)線、蒲輝2號(hào)線、蒲東2號(hào)線、2號(hào)主變二次，Ⅲ母線帶蒲韓1號(hào)線、蒲大1號(hào)線、蒲繁1號(hào)線、3號(hào)主變二次，Ⅳ母線帶蒲韓2號(hào)線、蒲大2號(hào)線、蒲繁2號(hào)線。2號(hào)、3號(hào)主變?nèi)萘烤鶠? 000 MVA，故障前2臺(tái)主變負(fù)荷均為1萬(wàn)kW。

1.3 保護(hù)動(dòng)作情況

220 kVⅠ、Ⅱ段母線第1套、第2套母差保護(hù)動(dòng)作，Ⅱ段母線切除，故障錄波圖顯示Ⅱ段母線BC相先短路，5 ms后發(fā)展為三相短路，故障電流39.315 kA，各線路保護(hù)及主變保護(hù)均未動(dòng)作，Ⅱ母線所帶間隔一次故障電流如表1所示。

表1 Ⅱ母線所帶間隔一次故障電流

1.4 設(shè)備檢查情況

220 kVⅡ母線所帶線路間隔及主母線間隔各氣室SF6氣體壓力正常，設(shè)備殼體、接地端子、絕緣盆子、防爆膜等外觀均無(wú)異常。由于故障GIS為主母線共箱、其余分箱結(jié)構(gòu)，三相短路發(fā)生在主母線氣室內(nèi)，對(duì)Ⅱ母線主母線間隔3個(gè)氣室分別進(jìn)行SF6氣體分解物試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)靠近Ⅳ母線側(cè)氣室SF6分解產(chǎn)物嚴(yán)重超標(biāo)，其中SO2為310 μL／L，H2S為90 μL／L，其余兩氣室無(wú)異常，由此判定Ⅱ母線靠近Ⅳ母線側(cè)氣室（長(zhǎng)24 m）為故障氣室。故障氣室及位置如圖2、圖3所示。

圖2 故障氣室

2 解體檢查

2.1 故障母線解體檢查

回收220 kVⅡ母線故障氣室（西側(cè)氣室）全部SF6氣體（約500 kg），相鄰氣室（中間氣室）回收SF6氣體減壓至0.2 MPa。打開手孔蓋，通過手孔蓋用相機(jī)拍照，查找到故障點(diǎn)位置處于2號(hào)主二次間隔至蒲東2號(hào)線間隔之間的主母線處，設(shè)備情況如圖4所示，故障點(diǎn)外部殼體位置、故障點(diǎn)位置如圖5、圖6所示。清罐并將故障處受損元件拆出。檢查發(fā)現(xiàn)，故障部位筒體被熏黑，無(wú)嚴(yán)重?zé)齻圹E；故障部位為三相主母線導(dǎo)電桿活動(dòng)連接側(cè)，三相主母線絕緣支架外表面被電弧熏黑，無(wú)放電弧道和裂紋；三相導(dǎo)體桿內(nèi)側(cè)均有電弧灼燒痕跡，C相最嚴(yán)重，元件燒損情況如圖7所示。

圖3 故障氣室位置

圖4 母線氣室內(nèi)部故障部位

圖5 故障點(diǎn)外部殼體位置

圖6 故障點(diǎn)位置示意圖

2.2 C相鋁導(dǎo)電桿與鍍銀銅觸頭解體檢查

C相鋁導(dǎo)電桿與鍍銀銅觸頭接觸面外沿出現(xiàn)0.5 mm的縫隙，鋁導(dǎo)電桿側(cè)出現(xiàn)燒蝕孔洞，銅鍍銀觸頭表面有嚴(yán)重過熱發(fā)紅痕跡，燒損情況如圖8所示。

主母線鋁導(dǎo)桿與鍍銀銅觸頭是通過6個(gè)直徑為10 mm，長(zhǎng)度為30 mm的螺栓固定連接，將燒熔在一起的C相導(dǎo)電桿銅鋁結(jié)合面鋸開，檢查螺栓齊全，無(wú)漏裝情況。接觸面切開后鋁導(dǎo)電桿表面外觀如圖9所示。

圖7 燒損元件

圖8 C相導(dǎo)電桿活動(dòng)連接側(cè)燒損情況

圖9 接觸面切開后鋁導(dǎo)電桿表面1

螺栓插入鋁導(dǎo)電桿深度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為19 mm，為驗(yàn)證各螺栓的緊固情況，繼續(xù)進(jìn)行切割，切割至16 mm左右時(shí)，發(fā)現(xiàn)1個(gè)固定螺栓口內(nèi)已無(wú)螺桿，繼續(xù)切割，其他5個(gè)螺栓插入深度比較均勻，檢查情況如圖10所示。

2.3 A、B相鋁導(dǎo)電桿與鍍銀銅觸頭解體檢查

檢查A相、B相共12個(gè)固定螺栓的緊固力矩，螺絲擰緊標(biāo)準(zhǔn)力矩為12 Nm，各螺栓旋轉(zhuǎn)角度為20°～300°，存在不同程度的松動(dòng)。檢查A相、B相鋁導(dǎo)桿與鍍銀銅觸頭接觸面，除受短路故障波及輕微受損外，未發(fā)現(xiàn)其他明顯異常。

圖10 接觸面切開后鋁導(dǎo)電桿表面2

3 處理措施

對(duì)故障部件進(jìn)行更換后進(jìn)行導(dǎo)電桿復(fù)裝，測(cè)試故障氣室內(nèi)三相主母線整段回路電阻，A相為866 μΩ、B相為216.4 μΩ、C相為217 μΩ，A相明顯偏大，逐段進(jìn)行查找，發(fā)現(xiàn)2號(hào)主二次間隔A相主母線導(dǎo)電桿固定連接側(cè)接觸面接觸不良（非拆裝部位），接觸電阻為645 μΩ，接觸不良部位如圖11所示。

圖11 A相主母線導(dǎo)電桿固定連接側(cè)接觸面接觸不良

該處由6個(gè)直徑為10 mm，長(zhǎng)度為30 mm的螺栓固定連接，螺絲擰緊標(biāo)準(zhǔn)力矩為12 Nm，各螺栓旋轉(zhuǎn)角度為45°～180°，存在不同程度的松動(dòng)。申請(qǐng)2號(hào)主二次停電，拆開該接觸面，發(fā)現(xiàn)2處過熱燒傷痕跡，接觸面情況如圖12所示，接觸不良部位如圖13所示。

圖12 接觸面情況

圖13 A相接觸不良部位

對(duì)2處受損元件更換施工、清理打磨罐體施工后，用力矩扳手對(duì)故障氣室內(nèi)所有外露螺栓進(jìn)行力矩校核，未發(fā)現(xiàn)其他異常情況。再次對(duì)故障氣室內(nèi)三相主母線整段進(jìn)行電阻測(cè)試，A相為218.3 μΩ、B相為216 μΩ、C相為217.2 μΩ，結(jié)果良好，進(jìn)行徹底清罐、抽真空、充2遍氮?dú)膺M(jìn)行清洗、充SF6氣體并靜放。

進(jìn)一步檢查，對(duì)220 kVⅠ母、Ⅱ母線進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。在耐壓試驗(yàn)前，結(jié)合220 kVⅠ母、Ⅱ母所有元件停電機(jī)會(huì)，進(jìn)行220 kVⅠ母三相主母線回路電阻測(cè)試，測(cè)試結(jié)果良好。然后進(jìn)行220 kVⅡ母三相主母線回路電阻測(cè)試，B相偏大，逐段進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)220 kV新蒲1號(hào)線到1號(hào)母聯(lián)之間三相不平衡，其中A相電阻為93 μΩ、B相電阻為166 μΩ、C相電阻為90 μΩ，其余區(qū)段良好。

對(duì)220 kVⅡ母線東側(cè)氣室進(jìn)行SF6氣體回收，相鄰氣室（中間氣室）回收SF6氣體減壓至0.2 MPa。打開220 kVⅡ母線東側(cè)氣室，進(jìn)行內(nèi)檢，未發(fā)現(xiàn)放電點(diǎn)，逐段進(jìn)行回路電阻測(cè)試，發(fā)現(xiàn)預(yù)留間隔B相主母線導(dǎo)電桿活動(dòng)連接側(cè)鋁導(dǎo)電桿與鍍銀銅觸頭接觸面接觸不良，接觸電阻為80 μΩ，該處與引發(fā)故障的C相接觸不良部位一致，接觸不良情況如圖14所示，接觸不良部位如圖15所示。

圖14 B相主母線導(dǎo)電桿活動(dòng)連接側(cè)接觸面接觸不良情況

圖15 B相接觸不良部位

拆下導(dǎo)電桿，打開接觸面，鍍銀銅觸頭接觸面上有4個(gè)小麻點(diǎn)，如圖16所示，鋁導(dǎo)電桿接觸面完好，處理后，復(fù)裝，重新測(cè)試回路電阻良好，清罐、抽真空、充氣。發(fā)現(xiàn)6個(gè)螺栓均有不同程度松動(dòng)（20°～30°）。處理完畢測(cè)量接觸電阻為1～2 μΩ。

圖16 鍍銀銅觸頭接觸面

打開220 kVⅡ母西側(cè)氣室和中間氣室，進(jìn)行內(nèi)檢，未發(fā)現(xiàn)放電點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行母線螺栓緊固，逐個(gè)打開220 kVⅡ母線連接的新蒲1、2號(hào)線，蒲法1、2號(hào)線，蒲輝1、2號(hào)線，蒲東1、2號(hào)線，2號(hào)主變二次，Ⅱ母TV共11個(gè)間隔的Ⅱ母隔離開關(guān)手孔蓋，檢查Ⅱ母隔離開關(guān)絕緣盆子，未發(fā)現(xiàn)放電點(diǎn)。

4 故障原因分析

a.故障部位C相主母線導(dǎo)電桿端部鍍銀銅觸頭與鋁導(dǎo)桿連接處固定螺栓緊固力矩不足，接觸面接觸不良，螺栓通流發(fā)熱，鋁導(dǎo)電桿過熱部位逐漸熔化滴落到下部的B相母線上，造成BC相間短路，5 ms后，弧光引發(fā)三相短路，這是導(dǎo)致本次故障的直接原因。

b.由于故障部位為制造廠廠內(nèi)裝配，且同一工作面的其余兩相也存在松動(dòng)，設(shè)備廠家確認(rèn)螺栓未緊固到位是由于廠內(nèi)裝配人員責(zé)任心不強(qiáng)，未認(rèn)真執(zhí)行工藝標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致。通過對(duì)故障氣室（24 m）的全面檢查及220 kVⅠ母、Ⅱ母回路電阻測(cè)試，認(rèn)為該設(shè)備廠家對(duì)產(chǎn)品工藝標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不嚴(yán)格、產(chǎn)品質(zhì)量管控存在嚴(yán)重漏洞，這是導(dǎo)致本次故障的根本原因。

c.此次故障為發(fā)展型故障，故障部位的燒蝕是較長(zhǎng)時(shí)間過熱所導(dǎo)致的。故障設(shè)備運(yùn)行已達(dá)5年，未出現(xiàn)異常，近期該變電站系統(tǒng)潮流也無(wú)明顯變化，上半年帶電檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)異常。但下半年該條母線上的2條線路在同塔并架處發(fā)生倒塔事件，故障處曾遭受多次短路電流電動(dòng)力沖擊，分析認(rèn)為倒塔短路沖擊加劇了故障點(diǎn)處接觸不良的程度是此次故障的誘發(fā)因素。

5 結(jié)束語(yǔ)

此次GIS母線失壓是一起典型的因制造廠家對(duì)產(chǎn)品工藝標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不嚴(yán)格及裝配工藝質(zhì)量問題引起的絕緣故障。制造廠家應(yīng)高度重視產(chǎn)品裝配工藝標(biāo)準(zhǔn)的剛性執(zhí)行，加強(qiáng)從業(yè)人員的培訓(xùn)和產(chǎn)品質(zhì)量控制，從根本上杜絕此類故障。

另外，應(yīng)對(duì)該變電器220 kV GIS進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，加大帶電檢測(cè)頻度，最近3個(gè)月內(nèi)每月進(jìn)行1次SF6分解產(chǎn)物檢測(cè)和超聲局放、超高頻局放檢測(cè)，并可采用超高頻局放在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

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Accident Analysis on a Bus Voltage Loss of 220 kV GIS

WEI De?fu1，LI Bin1，HONG He2
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

An accident analysis of bus voltage loss of 220 kV GIS is introduced in this paper.According to the disintegration and the treatment，fixed bolt has small torque at the joint of aluminum guide bar and silver copper contact for conduction pole ends of C?phase main bus，this causes a increase in contact resistance，screw bolt get hot and aluminum guide bar can be melted which drop B-phase busscrew bolt，three?phase short?circuit happens that is the main accident reason.This paper analyses the accident and provides a ref?erence for the analysis and the dispose of similar GIS faults.

GIS；Bus voltage loss；Three-phase short-circuit；Accident analysis

TM73；TM595

A

1004-7913（2015）06-0046-05

韋德福（1982—），男，碩士，工程師，從事過電壓及高壓試驗(yàn)技術(shù)研究。

2015-04-10）