吉林臺(tái)二級(jí)水電站220kVGIS事故分析及預(yù)防措施

周勇

【摘要】GIS高壓組合電器的設(shè)備自20世紀(jì)60年代實(shí)用化以來，已廣泛運(yùn)行于世界各地。GIS不僅在高壓、超高壓領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，而且在特高壓領(lǐng)域也被使用，其定義為：全部或部分采用氣體而不采用處于大氣壓下的空氣作為絕緣介質(zhì)的金屬封閉開關(guān)設(shè)備。它是由斷路器、母線、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、套管7 種高壓電器組合而成的高壓配電裝置，全稱為gas insulated substation。GIS的優(yōu)點(diǎn)有構(gòu)緊湊、占地面積小、可靠性高、配置靈活、安裝方便、安全性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，維護(hù)工作量很小，其主要部件的維修間隔不小于20年。

【關(guān)鍵詞】GIS組合電器；事故；母線保護(hù)動(dòng)作；試驗(yàn)；預(yù)防措施

一 、前言

吉林臺(tái)二級(jí)水電站，位于新疆伊犁哈薩克自治州尼勒克縣境內(nèi)，是新疆伊犁喀什河規(guī)劃中的梯級(jí)電站之一。電站屬于引水式電站，裝機(jī)容量2×25MW，年發(fā)電量2.93億度 ，主變?nèi)萘繛?5000KVA。220kV GIS 一期設(shè)備使用西安西開公司 ZF9-252 產(chǎn)品，共 3 個(gè)間隔，單母線結(jié)構(gòu)，2009 年安裝投入運(yùn)行，二期設(shè)備由泰開公司 2013 年擴(kuò)建 4 個(gè)間隔，并增加II段母線，改為單母線分段結(jié)構(gòu)，此次事故是I母1 間隔主母線氣室出現(xiàn)內(nèi)部絕緣故障。

二、故障簡況

2017年10月04日09時(shí)55分26秒110毫秒，220kV吉林臺(tái)二級(jí)水電站220kVI母母線線發(fā)生A相接地故障，故障發(fā)生約110ms后發(fā)展為AC相接地故障，故障發(fā)生約150ms后又發(fā)展為三相短路故障，吉林臺(tái)二級(jí)水電站雙套220kV母線保護(hù)動(dòng)作，跳開林二級(jí)聯(lián)絡(luò)線及1號(hào)主變斷路器，同時(shí)遠(yuǎn)跳林二級(jí)聯(lián)絡(luò)線對側(cè)斷路器，220kV分段斷路器未跳閘，0.3s后分段失靈保護(hù)動(dòng)作，跳開220kV寨吉線、伊吉線斷路器，同時(shí)遠(yuǎn)跳220kV寨吉線、伊吉線對側(cè)斷路器。

三、事故現(xiàn)場情況及原因分析

（一）故障檢查

跳閘事故發(fā)生后，220kV I段母線范圍內(nèi)所有間隔退出運(yùn)行，立即開展全面檢查工作：

1、檢查母線保護(hù)范圍內(nèi)二次設(shè)備，對保護(hù)裝置進(jìn)行校驗(yàn)，無異常情況，可正常動(dòng)作。

2、對主變進(jìn)行相關(guān)預(yù)防性試驗(yàn)，發(fā)電機(jī)及母線絕緣電阻測試。

3、I段母線范圍內(nèi)氣室的氣體密度繼電器進(jìn)行校驗(yàn)，SF6氣體水分測試。

（二）事故發(fā)生部位

（三）解體后現(xiàn)場情況

在廠家指導(dǎo)下對主母線氣室開蓋檢查，確認(rèn)為 1 間隔隔離開關(guān)靜側(cè)絕緣盆子與主母線支撐導(dǎo)體連接處發(fā)生放電故障，造成殼體擊穿。母線筒內(nèi)壁附著有大量白色粉末，內(nèi)壁鐵紅環(huán)氧底漆變色，有起皮、脫落、燒穿現(xiàn)象（圖一、圖二）

I段母線1間隔A相母線支撐導(dǎo)體與隔離開關(guān)靜觸頭處連接用盆式絕緣子燒毀嚴(yán)重，靠近故障處母線桶內(nèi)可見清晰噴濺痕跡（圖三）。

A相盆式絕緣子受熱變黑，梅花觸頭熔化。（圖四）。

（四）原因分析

1、氣室漏氣或水分超標(biāo)造成絕緣強(qiáng)度下降后絕緣擊穿，導(dǎo)致放電事故。事發(fā)當(dāng)值運(yùn)行人員沒有接收到事故氣室壓力降低報(bào)警信號(hào)。事發(fā)后，對停電范圍內(nèi)的各個(gè)氣室的SF6氣體含水量進(jìn)行試驗(yàn)，并對相應(yīng)氣室的密度繼電器進(jìn)行校驗(yàn)，由于事故氣室氣體開口泄露，無法進(jìn)行含水量試驗(yàn)，但是故障部位距離殼體距離在15公分左右，而氣室內(nèi)導(dǎo)體距離殼體的最近距離為8公分。對事故氣室密度繼電器進(jìn)行校驗(yàn)，其報(bào)警值為0.363MP，額定值為0.35MP，試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，因此可排除由氣室壓力降低或者水分超標(biāo)而導(dǎo)致本次事故發(fā)生。

2、A相導(dǎo)體插接梅花頭接觸不良，回路電阻增大，導(dǎo)致插接部位長期高熱，致使觸頭熔焊滴落至殼體導(dǎo)致接地故障，熔化后導(dǎo)體將熱量傳遞到殼體，在氣體壓力的輔助作用下將殼體熔穿，造成氣體泄漏，密度下降，絕緣性能和滅弧能力降低，發(fā)展為三相短路故障，導(dǎo)致220kV母線保護(hù)動(dòng)作。影響回路電阻的因素主要有以下幾個(gè)方面：

（1）導(dǎo)體材料固有的電阻值，梅花觸頭接觸形式兩個(gè)要素設(shè)計(jì)定型后，基本固定不變的，材料的固定電阻值，與導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、尺寸、電導(dǎo)率之間的關(guān)系較大，梅花觸頭的接觸形式是點(diǎn)，面或者是線，是屬于產(chǎn)品的定型，現(xiàn)場改變不了的固有特性。所以梅花觸頭的接觸性能和接觸壓力，對接觸電阻大小的影響至關(guān)重要。

（2）電接觸表面的接觸性能，觸頭的加工工藝，清潔程度，氧化程度對接觸電阻的影響也很大，尤其是電接觸表面的氧化程度，往往是導(dǎo)致回路電阻增大的重要原因。由于GIS內(nèi)部導(dǎo)電回路都密閉在殼體內(nèi)，不受外界環(huán)境的影響，當(dāng)SF6氣體充入GIS后，電接觸表面與SF6內(nèi)的微量雜質(zhì)反應(yīng)生成表面氧化物，導(dǎo)致回路電阻增大，但經(jīng)過一段時(shí)間以后，這個(gè)會(huì)穩(wěn)定在一個(gè)范圍內(nèi)。

（3）導(dǎo)體回路電阻的一個(gè)重要原因就是梅花觸頭的接觸壓力不夠造成的，當(dāng)梅花觸頭兩個(gè)接觸部分裝配不到位，插入深度不符合技術(shù)規(guī)定，或者兩個(gè)結(jié)合部件在蹩勁的情況下，受力不均，一側(cè)壓力增大，一側(cè)壓力減小，導(dǎo)致接觸面積發(fā)生了減小，也就會(huì)導(dǎo)致接觸電阻成倍增加的現(xiàn)象。

四、預(yù)防措施

（一）加強(qiáng)日常巡檢。重點(diǎn)監(jiān)視密度繼電器的指示是否正常，匯控柜的信號(hào)燈、指示燈是否正確，GIS設(shè)備是否有可疑的噪音，是否有異常氣味或其他不正?，F(xiàn)象，設(shè)備支架是否有松動(dòng)，各個(gè)接地連接點(diǎn)是否緊固，金屬部件有無生銹腐蝕氧化現(xiàn)象，避雷器在線監(jiān)測指示值是否有異常變化，所有的二次接線是否正確緊固，做好巡檢記錄。

（二）做好定期預(yù)防性試驗(yàn)。預(yù)防性試驗(yàn)是防患于未然的有效措施，是保證電氣設(shè)備安全運(yùn)行的有效手段之一，要預(yù)防該類GIS事故的發(fā)生，主要進(jìn)行以下幾個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目。

1、SF6氣體含水量測試。運(yùn)行中的SF6氣體中的含水量標(biāo)準(zhǔn)要求不大于300ppm.

2、SF6氣體泄漏測試。判定標(biāo)準(zhǔn)為；年漏氣率不大于1%。對電壓等級(jí)較高的斷路器及GIS。因體積大可以用局部包扎法檢漏，每個(gè)部位包扎后歷時(shí)5小時(shí)，測得SF6氣體含量（體積分）不大于3010-6

3、回路電阻測試。定期測試導(dǎo)電回路電阻，檢查主回路中連接和觸頭的接觸是否良好是預(yù)防此類事故的重要手段。目前測量回路電阻的一個(gè)主要手段是直流壓降法，由于弱電流雙電橋測量電路，是難以消除的電阻大的氧化膜，實(shí)際值會(huì)大于的測得的電阻，但氧化膜很容易破裂，因而在測量時(shí)要加100A以上的擊穿電流。

五、結(jié)語

一般GIS組合電器故障率很低，一旦出現(xiàn)故障以后搶修的時(shí)間很長，難度較普通設(shè)備要大，所以造成經(jīng)濟(jì)損失也會(huì)更大。在導(dǎo)電回路接觸電阻測試過程中，GIS內(nèi)導(dǎo)體的接觸電阻本身受氧化膜的影響很小，梅花觸頭均為插入式。 觸頭是由多片花瓣形狀的觸指組合成，在這種情況下，如果使用直流壓降法測試接觸電阻， 就需要在幾十片觸指相應(yīng)位置分別建立導(dǎo)電橋，這使得接觸部位的結(jié)構(gòu)過細(xì)，在計(jì)算時(shí)將導(dǎo)致網(wǎng)格劃分極密，計(jì)算會(huì)困難，從而導(dǎo)致誤差很大，測量不準(zhǔn)確。需要不斷探索新的測試方法和測試途徑。

參考文獻(xiàn) ：

[1]白宇濤.GIS設(shè)備安裝質(zhì)量控制要點(diǎn)（J） 電力自動(dòng)化設(shè)備，2007，27（3）；124-126