220 kV GIS刀閘異常缺陷分析及應(yīng)對措施

易 慧，黃小彬，陳錦祥（廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510000）

220 kV GIS刀閘異常缺陷分析及應(yīng)對措施

易 慧，黃小彬，陳錦祥
（廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510000）

介紹了一起倒閘操作過程中因GIS刀閘質(zhì)量問題造成的220 kV變電站雙母線失壓的事故，分析了事故原因，提出了在該刀閘缺陷未處理之前的應(yīng)急倒閘操作方法，闡述了該刀閘缺陷的處理措施并進(jìn)行了整改，最后就實際整改過程中發(fā)現(xiàn)的問題給出了改進(jìn)意見及注意事項。

GIS刀閘；機(jī)構(gòu)箱；傳動軸；銹蝕

1 事故過程

某電站220 kV南征線208開關(guān)計劃進(jìn)行預(yù)試定檢工作，在由“冷備用”轉(zhuǎn)“檢修”的操作過程中，由于208開關(guān)母線閘刀2081 B，C 2相未拉開，當(dāng)合上208開關(guān)母線側(cè)20829接地刀閘后，該站220 kV 1M母差保護(hù)動作（B，C相對地短路），導(dǎo)致220 kV 1M失壓，跳開220 kV母聯(lián)210開關(guān)及1號主變211開關(guān)；1 144 ms后220 kV 2M母差保護(hù)動作，造成220 kV 2M失壓、跳開征興Ⅱ回路204等開關(guān)，最終導(dǎo)致220 kV 1M，2M母失壓，1號主變停運，對應(yīng)110 kV 1M母線失壓。故障GIS間隔布置如圖1所示。投運，該單位共計在運12組。

圖1 故障GIS間隔

根據(jù)故障情況，組織對故障間隔的2081，2082刀閘進(jìn)行了解體檢查，同時對同型號的2111刀閘的傳動機(jī)構(gòu)及密封情況也進(jìn)行了解體檢查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)造成本次事故的主要原因是220 kV 2081刀閘連接機(jī)構(gòu)因密封不良進(jìn)水，引起刀閘機(jī)構(gòu)軸封、傳動軸及齒輪等銹蝕嚴(yán)重而產(chǎn)生卡澀，導(dǎo)致A，B相連接機(jī)構(gòu)尼龍齒輪無法承載負(fù)荷扭矩而斷裂，致使B，C相刀閘分閘行程不夠，未完全分開，如圖2所示。當(dāng)合上20829接地刀閘時，220 kV 1M母線直接接地，母差保護(hù)動作跳開220 kV 1M母線。同時，由于2082刀閘與20829地刀在同一氣室，金屬性故障短路電流的拉弧作用使該氣室內(nèi)SF6氣體電離分解，絕緣強(qiáng)度降低，發(fā)展成為220 kV 2M B，C相對地短路，導(dǎo)致220 kV 2M也跳閘。這是一起因設(shè)備質(zhì)量問題而造成的帶電合地刀惡性誤操作事故，暴露出以下3個問題：

（1） 該型GIS設(shè)備操作機(jī)構(gòu)密封設(shè)計、選材及工藝存在嚴(yán)重質(zhì)量問題，易進(jìn)水而引起傳動機(jī)構(gòu)軸封、齒輪等位置銹蝕而產(chǎn)生卡澀，進(jìn)而導(dǎo)致刀閘分閘不到位；

（2） 尼龍齒輪的強(qiáng)度不夠，設(shè)計選材不當(dāng)；

（3） 封閉設(shè)計導(dǎo)致運行巡視時無法及時發(fā)現(xiàn)刀閘機(jī)構(gòu)密封部分的銹蝕情況。

2 原因分析

發(fā)生事故的刀閘型號為GWG18-252，2012年

3 操作風(fēng)險應(yīng)對措施

3.1 操作預(yù)案

根據(jù)統(tǒng)計，該型號GIS刀閘在另外2個220 kV及1個500 kV變電站也在使用，通過初步檢查也發(fā)現(xiàn)類似嚴(yán)重銹蝕問題。為確保電網(wǎng)安全，杜絕因設(shè)備問題引起的誤操作，在未整改之前，必須禁止相關(guān)刀閘的操作，制訂操作預(yù)案，以應(yīng)對在該缺陷整改過程中，相關(guān)線路及主變間隔出現(xiàn)故障跳閘、緊急缺陷，或因系統(tǒng)緊急情況而進(jìn)行的電氣操作。該操作方法有別于常規(guī)的停送電操作，以有同型號GIS設(shè)備的某雙母線帶旁路接線方式的220 kV變電站、220 kV母線及220 kV中新甲線線路間隔（該間隔內(nèi)所有刀閘都不能操作）為例，制訂操作預(yù)案如下。該刀閘所在線路接線如圖3所示。

圖2 刀閘傳動軸示意圖

圖3 該刀閘所在線路接線

（1） 220 kV 1M母線由“運行”轉(zhuǎn)“檢修”（220 kV中新甲線運行于220 kV 1M母線）。

① 220 kV中新甲線兩側(cè)由“運行”轉(zhuǎn)為“熱備用”。

② 該站除220 kV中新甲線外，將運行于220 kV 1M母線的間隔設(shè)備倒至2M母線運行，220 kV 1M母線由“運行”轉(zhuǎn)“熱備用”。

③ 該站220 kV母聯(lián)2012開關(guān)由“熱備用”轉(zhuǎn)“冷備用”（中新甲線1M母線側(cè)刀閘仍在合閘位置）。

④ 對側(cè)變電站220 kV中新甲線線路由“熱備用”轉(zhuǎn)“檢修”。

⑤ 該站在220 kV中新甲線43104刀閘靠線路側(cè)裝設(shè)1組接地線。

⑥ 該站220 kV 1M母線由“冷備用”轉(zhuǎn)為“檢修”。

（2） 220 kV 1M母線由“檢修”轉(zhuǎn)為“運行”（220 kV中新甲線43101、43104刀閘在合閘位置）。

① 該站 220 kV 1M母線由“檢修”轉(zhuǎn)“冷備用”。

② 拆除該站在220 kV中新甲線43104刀閘靠線路側(cè)裝設(shè)的1組接地線。

③ 對側(cè)變電站220 kV中新甲線線路由“檢修”轉(zhuǎn)“熱備用”。

④ 該站220 kV 1M母線由“冷備用”轉(zhuǎn)“運行”，220 kV母線恢復(fù)正常方式。

⑤ 220 kV中新甲線兩側(cè)由“熱備用”轉(zhuǎn)為“運行”。

（3） 220 kV中新甲線線路由“運行”轉(zhuǎn)“檢修”（220 kV中新甲線運行于220 kV 1M母線）。

① 該站除220 kV中新甲線外，將運行于220 kV 1M母線的間隔設(shè)備倒至2M母線運行，220 kV母聯(lián)2012開關(guān)由“運行”轉(zhuǎn)“熱備用”（中新甲線開關(guān)仍在合閘位置）；

② 對側(cè)變電站220 kV中新甲線由“運行”轉(zhuǎn)“熱備用”。

③ 該站220 kV中新甲線由“運行”轉(zhuǎn)為“熱備用”。

④ 該站220 kV母聯(lián)2012開關(guān)由“熱備用”轉(zhuǎn)“冷備用”（中新甲線1M母線側(cè)刀閘仍在合閘位置）。

⑤ 對側(cè)變電站220 kV中新甲線線路由“熱備用”轉(zhuǎn)“檢修”。

⑥ 該站220 kV中新甲線線路由“熱備用”轉(zhuǎn)“檢修”。（在220 kV中新甲線43104刀閘靠線路側(cè)裝設(shè)接地線1組）。

（4） 220 kV中新甲線線路由“檢修”轉(zhuǎn)“運行”（220kV中新甲線運行于220 kV 1M母線）。

① 該站220 kV中新甲線線路由“檢修”轉(zhuǎn)“熱備用”（拆除在220 kV中新甲線43104刀閘靠線路側(cè)裝設(shè)的接地線1組）。

② 對側(cè)變電站220 kV中新甲線線路由“檢修”轉(zhuǎn)“熱備用”。

③ 該站220 kV 1M母線由“冷備用”轉(zhuǎn)“運行”，220 kV母線恢復(fù)正常方式。

④ 220 kV中新甲線兩側(cè)由“熱備用”轉(zhuǎn)為“運行”。

（5） 220 kV中新甲線4310開關(guān)由“運行”轉(zhuǎn)“檢修”（220 kV中新甲線運行于220 kV 1M母線）。

① 該站除220kV中新甲線外，將運行于220 kV 1M母線的間隔設(shè)備倒至2M母線運行，220 kV母聯(lián)2012開關(guān)由“運行”轉(zhuǎn)“熱備用”（中新甲線開關(guān)仍在合閘位置）。

② 對側(cè)變電站220 kV中新甲線由“運行”轉(zhuǎn)“冷備用”。

③ 該站220 kV中新甲線由“運行”轉(zhuǎn)為“熱備用”。

④ 該站220 kV母聯(lián)2012開關(guān)由“熱備用”轉(zhuǎn)“冷備用”（中新甲線 1M 母線側(cè)刀閘仍在合閘位置）。

⑤ 該站220 kV 1M母線由“冷備用”轉(zhuǎn)“檢修”（中新甲線1M母線側(cè)刀閘仍在合閘位置）；

⑥ 該站220 kV中新甲線4310開關(guān)由“熱備用”轉(zhuǎn)“檢修”（在220 kV中新甲線43101刀閘靠1M母線側(cè)裝設(shè)1組接地線）。

⑦ 該站在220 kV中新甲線43104刀閘靠線路側(cè)裝設(shè)1組接地線。

（6） 220 kV中新甲線4310開關(guān)由“檢修”轉(zhuǎn)“運行”（220 kV中新甲線運行于220 kV 1M母線）。

① 該站拆除在220 kV中新甲線43104刀閘靠線路側(cè)裝設(shè)1組接地線。

② 該站220 kV中新甲線4310開關(guān)由“檢修”轉(zhuǎn)“熱備用”（拆除在220 kV中新甲線43101刀閘靠1M 母線側(cè)裝設(shè)1組接地線）。

③ 該站220 kV 1M母線由“檢修”轉(zhuǎn)“冷備用”（中新甲線1M母線側(cè)刀閘仍在合閘位置）。

④ 對側(cè)變電站220 kV中新甲線線路由“冷備用”轉(zhuǎn)“熱備用”。

⑤ 該站220 kV 1M母線由“冷備用”轉(zhuǎn)“運行”，220 kV母線恢復(fù)正常方式。

⑥ 220 kV中新甲線兩側(cè)由“熱備用”轉(zhuǎn)為“運行”。

3.2 特殊操作注意事項

在反措未完成之前需按操作預(yù)案修改母線地刀微機(jī)“五防”邏輯，并提前解除對應(yīng)間隔母線側(cè)刀閘與母線地刀之間的電氣閉鎖；同時，需在每個間隔母線側(cè)刀閘與對應(yīng)母線之間增加臨時微機(jī)“五防”接地樁，在4號刀閘線路側(cè)增加“五防”接地樁并完善相關(guān)“五防”邏輯，使得上述特殊操作符合操作條件，在緊急情況下仍可順暢操作，避免解鎖操作，并杜絕誤操作。

4 檢修整改措施

4.1 GIS刀閘傳動機(jī)構(gòu)改進(jìn)方案

該單位與制造廠聯(lián)合重新設(shè)計GIS刀閘傳動機(jī)構(gòu)，并制作樣品。刀閘本體采用齒輪傳動，齒輪組合密封在齒輪防護(hù)罩內(nèi)部。齒輪防護(hù)罩與刀閘本體間、齒輪防護(hù)罩與其頂蓋間，均采用密封圈密封結(jié)構(gòu)，齒輪防護(hù)罩與傳動軸間采用軸動密封結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 齒輪防護(hù)罩密封結(jié)構(gòu)

改進(jìn)后的齒輪防護(hù)罩密封結(jié)構(gòu)刀閘每相傳動箱為獨立結(jié)構(gòu)，傳動箱之間采用連桿聯(lián)接。傳動結(jié)構(gòu)簡單可靠，傳動連桿裸露在外，可直接觀察傳動性能；傳動軸采用不銹鋼材質(zhì)，絕緣夾套采用夾板式連接結(jié)構(gòu)。對該設(shè)計樣品進(jìn)行可靠性試驗，試驗項目如表1所示。

表1 樣品可靠性試驗項目

4.2 改進(jìn)后的使用建議

針對該型號刀閘傳動機(jī)構(gòu)密封設(shè)計存在的缺陷，設(shè)計制造了改進(jìn)方案的刀閘傳動機(jī)構(gòu)并進(jìn)行了更換。該改進(jìn)方案的使用效果，還要在運行中進(jìn)行檢驗，為此提出以下使用建議。

（1） 安裝位置差異。本次檢查發(fā)現(xiàn)水平朝上安裝的刀閘銹蝕情況較垂直側(cè)向安裝的刀閘要嚴(yán)重得多；同時由于水平朝上安裝的刀閘的端蓋板采用下凹設(shè)計，導(dǎo)致水汽積存在凹面無法流出，在以后的運行及維護(hù)中應(yīng)對其多加關(guān)注，并盡量采用垂直側(cè)向安裝模式。

（2） 刀閘連桿對中效果有待檢驗。新更換的連桿為不銹鋼材質(zhì)，桿與桿之間靠一個夾板進(jìn)行硬連接；如果2個連桿軸心不在同一直線上，當(dāng)連桿轉(zhuǎn)動時中間的夾板勢必受到不同方向的應(yīng)力，而連接齒輪也容易因受力不均導(dǎo)致變形。雖經(jīng)現(xiàn)場調(diào)整，連桿軸心仍存在少許誤差，實際運行效果還有待檢驗，并視情況作必要的改進(jìn)。

5 結(jié)束語

GIS刀閘作為變電站不可或缺的改變系統(tǒng)運行方式及檢修隔離的重要設(shè)備，其運行狀況直接影響倒閘操作的安全，對保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行極其重要。通過對此次事故的分析，提出了改進(jìn)措施。該GIS刀閘操作機(jī)構(gòu)按新設(shè)計整改后，刀閘機(jī)構(gòu)未出現(xiàn)因密封不良進(jìn)水的現(xiàn)象，軸封、傳動軸及齒輪等性能良好，有較好的推廣應(yīng)用價值。

2015-05-14；

2015-08-18。

易 慧（1980-），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)變電運行檢修及繼電保護(hù)相關(guān)的應(yīng)用研究工作，email：44150554@qq.com。

黃小彬（1969-），男，高級技師，主要從事變電運行管理工作。

陳錦祥（1955-），男，高級技師，主要從事變電運行管理工作。