10 kVGN30型隔離開關(guān)事故分析及處理

肖麗雄，李燕梅

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局，廣東梅州 514021）

0 引言

GN30-12/1250-31.5型隔離開關(guān)因其自身結(jié)構(gòu)特殊，能達(dá)到高壓開關(guān)柜4室獨(dú)立分開的設(shè)計(jì)要求，并將帶電部分與檢修部分完全隔離，滿足安全運(yùn)行要求，而被廣泛應(yīng)用于各個(gè)電壓等級(jí)的變電站。但近年來(lái)在廣東電網(wǎng)范圍內(nèi)，發(fā)生了多起因GN30隔離開關(guān)發(fā)熱導(dǎo)致高壓開關(guān)柜燒毀，致使變電站全站失壓的事故。分析此類事故發(fā)現(xiàn)，GN30型隔離開關(guān)在設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行維護(hù)等方面存在缺陷，運(yùn)行中容易發(fā)熱，引起觸頭接觸電阻增大，惡性循環(huán)進(jìn)而引發(fā)故障。

1 事故經(jīng)過(guò)

2017年5月13日0時(shí)43分39秒880毫秒，某220 kV變電站10 kV電容器3C1開關(guān)保護(hù)過(guò)流一段保護(hù)動(dòng)作跳開，10 kV電容器3C1開關(guān)，2017年5月13日0時(shí)43分40秒482毫秒，3#主變主一保護(hù)、主二保護(hù)低后備復(fù)壓過(guò)流玉段2時(shí)限動(dòng)作出口跳開3#主變變低503開關(guān)，一次故障電流約25.88 kA。

該220 kV變電站為戶外敞開式變電站，共3臺(tái)主變，10 kV為玉段、域段、芋段母線，3段母線之間設(shè)專用分段斷路器連接。故障跳閘前，10 kV玉段、域段、芋段母線分列運(yùn)行，10 kV芋段母線9#電容器3C1處于運(yùn)行狀態(tài)，電流450 A。10 kV域段、芋段之間的分段550開關(guān)處于熱備用狀態(tài)，3#主變變低負(fù)荷電流2600 A，天氣晴朗，空氣濕度約75%，無(wú)凝露，環(huán)境溫度約為23℃。故障發(fā)生后，運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)查看設(shè)備故障情況。

1.1 高壓開關(guān)柜柜體

3C1高壓開關(guān)柜前、后柜門被沖開，門板變形，開關(guān)柜柜體內(nèi)部被弧光熏黑，無(wú)明顯放電起弧痕跡，電纜進(jìn)線孔封堵完好，電纜小室干凈、未見放電痕跡，如圖1所示。

1.2 電流互感器

3C1高壓開關(guān)柜內(nèi)電流互感器完好，安裝螺栓緊固、齊全，表面僅有熏黑的痕跡，無(wú)放電痕跡，如圖2所示。

1.3 真空斷路器

3C1高壓開關(guān)柜內(nèi)斷路器面板熏黑，機(jī)構(gòu)完好，機(jī)械指示為分閘狀態(tài)，彈簧儲(chǔ)滿能。三相絕緣拉桿與7字拐臂連接部位斷裂，斷真空泡外觀完好，如圖3所示。

1.4 上、下隔離開關(guān)

3C1高壓開關(guān)柜上隔離開關(guān)母線室正面封板可見明顯的放電痕跡，A相隔離開關(guān)靜觸頭接觸部分已經(jīng)燒融，動(dòng)觸頭夾緊彈簧及螺栓熔斷脫落，三相動(dòng)觸頭表面均有電弧燒傷痕跡，三相動(dòng)觸頭瓷套全部碎裂。三相比較，A相損毀最為嚴(yán)重，其次為 B相，C相最輕，3C1高壓開關(guān)柜A相下隔離開關(guān)對(duì)固定螺栓放電、B相固定瓷瓶存在過(guò)電壓痕跡，如圖4所示。

2 故障分析

根據(jù)故障設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢查及保護(hù)動(dòng)作情況，可確認(rèn)故障起始點(diǎn)為上隔離開關(guān)A相觸頭位置發(fā)展到下隔離開關(guān)，初步分析故障發(fā)生經(jīng)過(guò)：10 kV 9#電容器3C1高壓開關(guān)柜使用頻繁，長(zhǎng)期流過(guò)430 A的電流，上隔離開關(guān)母線室A相觸頭接觸不良，引起發(fā)熱，壓緊彈簧高溫退火，壓力降低，進(jìn)一步加重發(fā)熱，導(dǎo)致觸頭融焊，引起A相觸頭持續(xù)放電打火，與電容器振蕩形成振蕩過(guò)電壓，0時(shí)43分39秒690毫秒主變保護(hù)變低零序過(guò)壓告警，過(guò)電壓造成下隔離開關(guān)對(duì)突起的固定螺栓放電，電容器保護(hù)裝置于0時(shí)43分39秒772毫秒啟動(dòng)，同時(shí)，上隔離開關(guān)A相觸頭放電引起母線室溫度急劇升高，空氣電離，B相隔離開關(guān)對(duì)地放電，A，C相電壓升高，持續(xù)33 ms后上隔離開關(guān)發(fā)展為三相觸頭短路，0時(shí)43分39秒805毫秒3#主變變低電流突變故障錄波啟動(dòng)，108 ms后電容器過(guò)流一段保護(hù)出口，開關(guān)動(dòng)作跳開3C1開關(guān)（保護(hù)定值0.1 s），在 3#主變變低故障錄波啟動(dòng)（電流突變）696 ms后503開關(guān)跳閘切除上隔離開關(guān)三相短路故障。

圖1 3C1高壓開關(guān)柜外觀檢查情況

圖2 10 kV電流互感器檢查情況

故障高壓開關(guān)柜型號(hào)為XGN2-12，柜內(nèi)采用GN30-12/1250-31.5型隔離開關(guān)，鑒于全省電力系統(tǒng)范圍內(nèi)發(fā)生多起類似事故，分析認(rèn)為GN30型隔離開關(guān)在設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行維護(hù)等方面存在缺陷，具體表現(xiàn)：

（1）相對(duì)于GN22型隔離開關(guān)，其為旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)，1組隔離開關(guān)有上、下2個(gè)接觸點(diǎn)，分、合閘時(shí)阻力較大，容易出現(xiàn)觸頭卡澀或合閘不到位等問(wèn)題。

（2）隔離開關(guān)動(dòng)觸頭為夾片外壓彈簧式結(jié)構(gòu)，夾片采用6 mm的螺桿外加彈簧壓緊，其螺桿及壓緊彈簧均未采取加裝絕緣板等限制彈簧分流措施，彈簧長(zhǎng)期分流發(fā)熱退火，壓力降低進(jìn)一步增大發(fā)熱。

（3）隔離開關(guān)接觸面穩(wěn)定性差，由于隔離開關(guān)動(dòng)觸頭夾片（2片）僅用1根6 mm的螺桿加彈簧壓緊，在分合閘過(guò)程中容易產(chǎn)生位移，多次操作后難以保證接觸良好。

（4）隔離開關(guān)操作方法較難掌握，隔離開關(guān)操作時(shí)力道不好控制，緩沖能力差，經(jīng)調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員在力氣較小時(shí)往往采用沖擊合隔離開關(guān)方式，容易造成瓷瓶破損、絕緣降低，存在安全隱患。

（5）隔離開關(guān)動(dòng)觸頭夾片選用劣質(zhì)導(dǎo)磁材料，運(yùn)行時(shí)存在渦流損耗，造成隔離開關(guān)動(dòng)熱穩(wěn)定性差，容易發(fā)熱。

（6）GN30隔離開關(guān)其接觸點(diǎn)在母線室，無(wú)法通過(guò)測(cè)溫觀察其運(yùn)行情況，長(zhǎng)久運(yùn)行容易集小缺陷為大事故。

圖3 10 kV真空斷路器檢查情況

圖4 10 kV隔離開關(guān)檢查情況

3 建議與對(duì)策

（1）對(duì)大電流高壓開關(guān)柜GN30型隔離開關(guān)進(jìn)行改造。淤U形觸指改為固定結(jié)構(gòu)、分體式設(shè)計(jì)，可以較好消除接觸半球的發(fā)熱缺陷，更方便調(diào)整，以保證觸指與動(dòng)觸頭間的線接觸；于動(dòng)、靜觸頭表面鍍銀處理，有效降低接觸電阻；盂動(dòng)觸頭的固定方式改為軸向的夾緊，防止動(dòng)觸頭跌落；榆采用高強(qiáng)度的瓷瓶絕緣套管；虞認(rèn)真總結(jié)隔離開關(guān)改造經(jīng)驗(yàn)，制定計(jì)劃對(duì)存在隱患的所有GN30隔離開關(guān)進(jìn)行改造。

（2）加快完善高壓開關(guān)柜紅外測(cè)溫窗口的改造進(jìn)度，制定高壓開關(guān)柜測(cè)溫巡視要求及記錄。

（3）提高母排質(zhì)量。對(duì)于大電流高壓開關(guān)柜GN30型隔離開關(guān)來(lái)說(shuō)，由于連接母排的規(guī)格較大，對(duì)隔離開關(guān)的影響也較大，因此對(duì)母排質(zhì)量的要求也高，特別要注意接頭搭接面的吻合程度，避免在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)絕緣支撐件造成損傷。

（4）嚴(yán)把安裝、檢修關(guān)。即使對(duì)于新的隔離開關(guān)，其運(yùn)輸過(guò)程中造成的彈簧松動(dòng)或存放時(shí)接觸面氧化等都可能導(dǎo)致其動(dòng)靜觸頭間接觸電阻增大，因此安裝和檢修過(guò)程中必須進(jìn)行檢查調(diào)整。控制設(shè)備接頭發(fā)熱的關(guān)鍵是控制接觸面的接觸電阻，只要把接頭接觸電阻控制在一定范圍，就能保證接頭在通過(guò)額定電流時(shí)的工作溫度在允許的范圍內(nèi)。

（5）加強(qiáng)高壓開關(guān)柜的紅外測(cè)溫、局放測(cè)試。要求運(yùn)行人員要采用紅外熱成像儀對(duì)高壓開關(guān)柜進(jìn)行測(cè)溫，重點(diǎn)測(cè)量GN30型隔離開關(guān)母線室溫度，根據(jù)紅外成像圖譜分析，若發(fā)現(xiàn)溫度偏差>3℃，應(yīng)及時(shí)上報(bào)并加強(qiáng)分析跟蹤，經(jīng)分析判斷異常時(shí)有必要申請(qǐng)停電檢查。不具備測(cè)溫條件的應(yīng)用手觸摸高壓開關(guān)柜柜體，判斷是否存在發(fā)熱現(xiàn)象，并通過(guò)觀察窗檢查隔離開關(guān)是否有異常變色現(xiàn)象。

（6）加強(qiáng)運(yùn)行人員GN30隔離開關(guān)操作培訓(xùn)，規(guī)范操作方法，避免因操作造成瓷瓶損傷。其操作要領(lǐng)：慢速合閘至動(dòng)靜觸頭3 cm位置，再用力合上，合上時(shí)用力要均勻，不可用力過(guò)猛，操作完畢應(yīng)注意檢查三相隔離開關(guān)是否到位。

（7）做好專業(yè)巡視和規(guī)范化檢修工作。結(jié)合停電對(duì)所有該類型隔離開關(guān)進(jìn)行檢查維修，重點(diǎn)檢查合閘是否到位，各部件有無(wú)異常和變形，傳動(dòng)是否靈活，導(dǎo)電部位外觀有無(wú)發(fā)熱變色，檢查隔離開關(guān)的動(dòng)、靜觸頭瓷瓶是否有裂紋，對(duì)于重負(fù)荷、重要變電站未完成GN30隔離開關(guān)改造之前每年開展一次高壓開關(guān)柜B修工作，重點(diǎn)檢查、檢修GN30隔離開關(guān)問(wèn)題等。

（8）做好事故預(yù)想和搶修準(zhǔn)備工作。根據(jù)此類GN30隔離開關(guān)在運(yùn)行中發(fā)生故障和缺陷的主要特點(diǎn)，提前做好設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，做好預(yù)控措施，根據(jù)各個(gè)變電站GN30隔離開關(guān)的運(yùn)行情況，做好備品備件準(zhǔn)備工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)此類存在家族性缺陷的GN30隔離開關(guān)，應(yīng)及時(shí)按照反措要求進(jìn)行改造，在未完成改造任務(wù)前，運(yùn)行和檢修人員應(yīng)加強(qiáng)GN30隔離開關(guān)的運(yùn)行維護(hù)管理，做好專業(yè)巡視、紅外測(cè)溫和局放測(cè)試工作，及時(shí)消除設(shè)備安全隱患，防范電網(wǎng)設(shè)備事故，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。