一起500kV GIS隔離開關(guān)內(nèi)部放電故障分析及處理

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

一起500kV GIS隔離開關(guān)內(nèi)部放電故障分析及處理

侯俊宏

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

本文以一起500kV GIS隔離開關(guān)放電故障為例，從事故發(fā)生、應(yīng)急處置、搶修方案、原因分析等方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。針對(duì)該故障合理緊湊的安排檢修工作、嚴(yán)格檢修過程管控、保證設(shè)備的檢修質(zhì)量，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。最后,為防止發(fā)生同類型故障提出了相應(yīng)的特維方案,以進(jìn)一步提高設(shè)備的安全可靠運(yùn)行水平。

GIS隔離開關(guān) 內(nèi)部放電 故障分析 處理措施 特維方案

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(Gas Insulated Switchgear，GIS)以其結(jié)構(gòu)緊湊、占地空間小、維護(hù)工作少等優(yōu)點(diǎn)在電力系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。但也存在一系列問題，如當(dāng)GIS設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)故障，事故影響范圍大，處理周期長(zhǎng)，影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)GIS內(nèi)部放電故障，目前已開展了超聲、特高頻局放檢測(cè)、紅外測(cè)溫以及氣體組分檢測(cè)等多種帶電檢測(cè)手段，發(fā)現(xiàn)了多起典型案例，但由于多數(shù)放電具有瞬時(shí)性和復(fù)雜性等特點(diǎn)，故障發(fā)生前很難有效地檢測(cè)出來，如何避免GIS設(shè)備事故、發(fā)生突發(fā)性事故時(shí)如何快速有效地處置，受到電力系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)和技術(shù)管理人員日益廣泛的關(guān)注。

本文以某水電站一起500kVGIS隔離開關(guān)內(nèi)部放電故障為例，從事故發(fā)生、應(yīng)急處置、搶修方案、原因分析、特維方案等方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。為此類事故的處理提供借鑒，為GIS設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)積累經(jīng)驗(yàn)。

1 事故概況

2017年01月19日20時(shí)52分，某水電站4號(hào)機(jī)組檢修結(jié)束后，開機(jī)前做4號(hào)機(jī)保護(hù)裝置整組傳動(dòng)試驗(yàn)過程中，執(zhí)行500kV線路“5002”開關(guān)由運(yùn)行轉(zhuǎn)冷備用操作，斷開50021刀閘后276ms，發(fā)生500kV線路光纖差動(dòng)保護(hù)跳閘(第1套保護(hù))、線路縱聯(lián)距離保護(hù)跳閘(第2套保護(hù))，導(dǎo)致500kV開關(guān)站5001開關(guān)B相重合閘動(dòng)作加速跳開5001開關(guān)A、B、C三相，導(dǎo)致全廠對(duì)外送電全停。

2 應(yīng)急處理

事故發(fā)生后，成立了以生產(chǎn)副總為組長(zhǎng)的應(yīng)急處理小組，進(jìn)行一系列的工作部署，各部門人員迅速響應(yīng)，運(yùn)行人員首先將廠用電倒換至兩路外來用電確保廠房各輔助公用設(shè)備運(yùn)行正常，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行巡視檢查。設(shè)備管理人員立即組織人員儀器對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)分析，力爭(zhēng)第一時(shí)間找到故障點(diǎn)。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢查

檢查500kV 1號(hào)線路保護(hù)裝置光纖差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，1號(hào)線路距離保護(hù)跳閘；檢查500kV線路甲開關(guān)5001B相保護(hù)跳閘；檢查500kV線路甲開關(guān)5001重合閘動(dòng)作；檢查500kV線路甲開關(guān)5001三相跳閘；檢查2號(hào)發(fā)電機(jī)在“空載”態(tài)；檢查500kV開關(guān)站故障錄波顯示故障點(diǎn)在94.5km,線路總長(zhǎng)94.6km；檢查1、2、3號(hào)機(jī)組故障錄波啟動(dòng)；檢查GIS局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)未報(bào)警信息；檢查GIS設(shè)備外觀無異常，密度繼電器壓力及氣室防爆膜正常；檢查GIS避雷器放電計(jì)數(shù)器未動(dòng)作；檢查500kV出線場(chǎng)一次設(shè)備外觀無異常、避雷器放電計(jì)數(shù)器未動(dòng)作；檢查500kV出線場(chǎng)至2號(hào)塔線路無異常。

根據(jù)上述檢查結(jié)果結(jié)合故障錄波圖形可以初步斷定，50021刀閘B相內(nèi)部可能存在故障，需進(jìn)一步排查。

2.2 檢查測(cè)試

(1)測(cè)試50021刀閘絕緣電阻及50021刀閘回路電阻未見異常；

(2)為進(jìn)一步確認(rèn)50021刀閘B相內(nèi)部情況，將氣室觀察孔打開，發(fā)現(xiàn)氣室內(nèi)部吸附劑擋板掉落且殼體內(nèi)部有放電痕跡，初步分析吸附劑擋板及吸附劑袋在50021隔離刀閘分閘操作時(shí)掉落，引起隔離刀閘內(nèi)部絕緣強(qiáng)度降低，導(dǎo)體對(duì)殼體沿著低絕緣電場(chǎng)形成放電通道，發(fā)生放電故障。需將故障刀閘返廠解體進(jìn)行分析發(fā)生放電的具體原因。

3 搶修方案

根據(jù)上述檢查及現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)備技術(shù)人員決定將50021B相刀閘故障機(jī)構(gòu)進(jìn)行整體更換，編制故障檢修管理方案以及相關(guān)啟動(dòng)試驗(yàn)方案，并聯(lián)系設(shè)備廠家、技術(shù)服務(wù)單位、檢修施工單位第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)要求設(shè)備廠家將處理所需的設(shè)備、材料、工器具、人員等所有必需品配備齊全。

3.1 刀閘故障機(jī)構(gòu)處理方案

(1)辦理相關(guān)檢修工作票，對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行提前規(guī)范布置，做好相應(yīng)防護(hù)措施，準(zhǔn)備好所需的備品備件、材料、工器具等；

(2)首先對(duì)50021B相故障氣室的氣體回收進(jìn)行無公害處理，對(duì)相鄰需要開倉的氣室氣體進(jìn)行回收，不需要開倉的相鄰氣室壓力降至0.2MPa；

(3)拆除故障機(jī)構(gòu)的三相聯(lián)動(dòng)裝置，拆除B相上下母線間支架，上母線+輔助支架；增加臨時(shí)母線輔助支撐，壓縮波紋管，取出波紋管連接導(dǎo)體，整體拆除母線+50021B相裝置，左側(cè)拆解密封面用塑料布包扎密封保管。對(duì)50021B相氣室CT裝置內(nèi)部清理(用吸塵器清理內(nèi)部污染物，用防塵紙、無水酒精清洗殼體、導(dǎo)體及盆子)，最后對(duì)CT裝置密封保管；

(4)整體更換50021B相機(jī)構(gòu)裝置，確保并檢查吸附劑擋板安裝到位；

(5)倒序安裝母線+50021B相機(jī)構(gòu)裝置，恢復(fù)運(yùn)行時(shí)的結(jié)構(gòu)及連接三相聯(lián)動(dòng)裝置，檢查機(jī)構(gòu)動(dòng)作正常，分合到位；

(6)檢查更換相關(guān)氣室的吸附劑；

(7)對(duì)降至0MPa的氣室進(jìn)行抽真空處理，對(duì)各氣室氣密性檢查合格后，注檢驗(yàn)合格的SF6氣體至額定壓力，其余降壓氣室補(bǔ)充到額定壓力。

3.2 刀閘處理后試驗(yàn)方案

按照上述方案拆解、更換、對(duì)接、抽真空、充氣、調(diào)試工作結(jié)束后，由試驗(yàn)人員進(jìn)行如下工作：

(1)氣室檢漏：使用SF6氣體檢漏儀對(duì)所涉及法蘭接合面進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象；

(2)微水測(cè)試：對(duì)所涉及的氣室充氣至額定壓力，靜置24h后進(jìn)行微水測(cè)試,斷路器氣室微水小于150ppm,其余氣室均小于250ppm,數(shù)據(jù)合格；

(3)回路電阻測(cè)試：對(duì)所涉及測(cè)量的回路電阻，與廠家產(chǎn)品試驗(yàn)報(bào)告，無明顯差別，數(shù)據(jù)合格；

(4)套管試驗(yàn)：對(duì)所涉及的空氣/SF6出線套管B相進(jìn)行了絕緣、介損及電容量測(cè)試，數(shù)據(jù)合格；

(5)耐壓試驗(yàn)：從空氣/SF6出線套管B相進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，加壓程序分為4個(gè)階段進(jìn)行，在試驗(yàn)過程中未發(fā)生放電擊穿現(xiàn)象，局部放電量小于5PC，耐壓絕緣電阻測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程。

各項(xiàng)試驗(yàn)完成后，拆除試驗(yàn)接線，恢復(fù)所有電流互感器二次繞組短接線及亭中線出線套管B相、C相引線，B相、C相避雷器均壓環(huán)及導(dǎo)線恢復(fù)。50021B相刀閘故障處理完成，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)清理，全面檢查恢復(fù)設(shè)備運(yùn)行。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)處理過程中需要注意以下問題

(1)作業(yè)環(huán)境要求：浮動(dòng)粉塵小于20CPM(0.2mg/m3)；相對(duì)濕度小于70%，保持室內(nèi)空氣流通；

(2)故障氣體回收：應(yīng)將故障氣體回收進(jìn)行無害處理，嚴(yán)禁直接排放至大氣；

(3)吸附劑的更換：不能在雨中或濕度大于80%時(shí)更換；吸附劑從密封裝置中取出到裝入設(shè)備，在大氣中暴露時(shí)間應(yīng)盡量縮短，一般不超過15min，安裝好后應(yīng)立即對(duì)該設(shè)備氣室抽真空；

(4)抽真空及充SF6氣體：當(dāng)各氣室抽真空到真空度達(dá)到40Pa，保持4h，真空度回升不超過133Pa,認(rèn)為抽真空合格同時(shí)繼續(xù)抽2h～3h，充分利用真空狀態(tài)氣化設(shè)備內(nèi)的水分。抽真空結(jié)束后以緩慢的速度把SF6氣室氣體充至額定壓力；

(5)耐壓試驗(yàn)：耐壓試驗(yàn)前必須把GIS耐壓回路上所有電流互感器的二次繞組抽頭短路并接地，同時(shí)將非試設(shè)備斷開并可靠接地，注意與其他設(shè)備的距離符合要求。

4 故障具體原因分析

為進(jìn)一步查找故障原因，將故障刀閘返廠進(jìn)行解體發(fā)現(xiàn)內(nèi)部如下情況：

(1)動(dòng)、靜觸頭間有明顯的放電痕跡；

(2)檢查殼體內(nèi)表面，發(fā)現(xiàn)有明顯的放電痕跡；

(3)解體檢查吸附劑部件，吸附劑擋板脫落，卡子已損壞且有放電痕跡。

根據(jù)以上檢查結(jié)果推測(cè)：50021B相裝置在動(dòng)作過程中，殼體內(nèi)部因受某些媒介的作用，導(dǎo)體與殼體間形成了低絕緣電場(chǎng)的通道，引發(fā)放電故障。存在放電媒介的可能原因有以下幾個(gè)方面：

第一，刀閘殼體內(nèi)壁面涂層內(nèi)存在異物附著，初期耐壓試驗(yàn)無法檢測(cè)到，在強(qiáng)電場(chǎng)多次作用下(持續(xù)局放)，最終引發(fā)放電現(xiàn)象；

第二，吸附劑擋板因不當(dāng)安裝而受損，在刀閘動(dòng)作沖擊力的作用下脫落，導(dǎo)致刀閘內(nèi)部絕緣強(qiáng)度降低，引起放電現(xiàn)象；

第三，在制作安裝過程中，有異物隱藏于觸頭內(nèi)部或其連接部位。觸頭在動(dòng)作過程中，異物被帶出并附著在動(dòng)觸頭表面，最終在強(qiáng)電場(chǎng)作用下導(dǎo)致放電現(xiàn)象。

5 特殊維護(hù)方案

為防止此類事故再次發(fā)生，現(xiàn)有針對(duì)性地提出如下措施：

(1)對(duì)同類型的GIS隔離、接地開關(guān)氣室進(jìn)行隱患排查，同時(shí)針對(duì)吸附劑裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，存在安全隱患，要求廠家提供新型吸附劑裝置進(jìn)行更換，防止出現(xiàn)掉落風(fēng)險(xiǎn)，在未徹底處理前定期檢查各氣室吸附劑裝置情況；

(2)加強(qiáng)GIS設(shè)備巡回檢查力度，檢查SF6氣室壓力、局部放電在線測(cè)試數(shù)據(jù)等，定期開展維護(hù)檢查工作，保證設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好；

(3)開展帶電檢測(cè)技術(shù)工作，如紅外測(cè)溫檢測(cè)、運(yùn)行電壓下局部放電測(cè)試、氣室中SF6分解產(chǎn)物及微水測(cè)試等項(xiàng)目，統(tǒng)計(jì)不同時(shí)期的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析趨勢(shì)變化，準(zhǔn)確判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并制定針對(duì)性的處置方案，防止故障擴(kuò)大，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

6 結(jié)論

此類GIS電氣設(shè)備發(fā)生內(nèi)部放電故障，故障輕者發(fā)生閃絡(luò)，重者導(dǎo)致殼體炸裂，本次事故從發(fā)生到恢復(fù)送電共耗時(shí)126h，暴露出GIS設(shè)備事故影響范圍大，處理周期長(zhǎng)，嚴(yán)重危害人身安全及設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的特點(diǎn)。因此，結(jié)合此次故障，從事故發(fā)生、應(yīng)急處置、搶修方案、原因分析、特維方案等方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，為同類型故障處理有很好的借鑒參考意義，同時(shí)在運(yùn)行過程中應(yīng)加強(qiáng)GIS設(shè)備的帶電檢測(cè)技術(shù)工作，確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

〔1〕Q/CDT107001-2005，電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S].

〔2〕45-DLT618-2011，氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)規(guī)程[S].

〔3〕劉洪正,曲文韜,王 偉.一起500kV GIS設(shè)備閃絡(luò)事故的處理分析[C].全國(guó)電網(wǎng)企業(yè)設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)交流研討會(huì)論文集，2012.

〔4〕郭 雷,張海杰,陳仁剛，等.一起220kV GIS設(shè)備內(nèi)部放電故障分析及處理措施[J].電氣技術(shù)，2016，17(1)：127-130.

TM564.1

A

2095-1809(2017)06-0031-03

侯俊宏(1985-)，男，四川南充人，本科，電氣工程師、電氣試驗(yàn)技師、二級(jí)機(jī)電工程建造師，從事絕緣監(jiān)督工作。