一起110kV GIS斷路器缺相故障分析與處理

馬曉琴 劉靜

摘要：缺相運行指設備缺少一相或者二相的運行狀態(tài)。缺相運行對系統(tǒng)的負面影響主要表現(xiàn)：一是缺相產(chǎn)生的負序電流可能引起發(fā)電機振動，同時增加附加損耗;二是使變壓器三相電流不平衡，可能引起個別繞組過負荷而其余繞組輕負荷;三是引起三相電壓不平衡，對用戶設備產(chǎn)生不利影響;四是使與電力線路同桿架設的通信線路產(chǎn)生危險的過電壓，危及人身、設備安全;五是可能引起繼電保護誤動作;六是對直接接地系統(tǒng)可能產(chǎn)生跨步電壓，危及人身安全;七是系統(tǒng)潮流不能經(jīng)濟分配，引起損耗增大。目前對缺相運行事故的處理，基本上采用直接切除，這可能造成較大的負荷損失。

關(guān)鍵詞：110kV;GIS;斷路器;缺陷故障;處理;分析

1導言

斷路器是指能夠關(guān)合、承載和開斷正?；芈窏l件下的電流并能在規(guī)定的時間內(nèi)關(guān)合、承載和開斷異?；芈窏l件下的電流的開關(guān)裝置。斷路器按其使用范圍分為高壓斷路器與低壓斷路器，高低壓界線劃分比較模糊，一般將3kV以上的稱為高壓電器。斷路器可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機，對電源線路及電動機等實行保護，當它們發(fā)生嚴重的過載或者短路及欠壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當于熔斷器式開關(guān)與過欠熱繼電器等的組合。而且在分斷故障電流后一般不需要變更零部件。目前，已獲得了廣泛的應用。電的產(chǎn)生、輸送、使用中，配電是一個極其重要的環(huán)節(jié)。配電系統(tǒng)包括變壓器和各種高低壓電器設備，低壓斷路器則是一種使用量大面廣的電器。

2故障前運行方式

某110kV GIS站的一次接線其為內(nèi)橋接線，兩條電源進線分別為110kV 151間隔進線及110kV 152間隔進線，10kV為單母分段接線。該變電站事故前正進行解環(huán)操作，151斷路器、152斷路器和110kV內(nèi)橋112斷路器均在合位。此時1#主變壓器中性點接地運行，2#主變壓器中性點不接地運行，901斷路器、902斷路器在合位，10kV分段912斷路器在分位。

3斷路器工作原理

斷路器一般由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機構(gòu)、脫扣器、外殼等構(gòu)成。當短路時，大電流（一般10至12倍）產(chǎn)生的磁場克服反力彈簧，脫扣器拉動操作機構(gòu)動作，開關(guān)瞬時跳閘。當過載時，電流變大，發(fā)熱量加劇，雙金屬片變形到一定程度推動機構(gòu)動作（電流越大，動作時間越短）。有電子型的，使用互感器采集各相電流大小，與設定值比較，當電流異常時微處理器發(fā)出信號，使電子脫扣器帶動操作機構(gòu)動作。斷路器的作用是切斷和接通負荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴大，保證安全運行。而高壓斷路器要開斷1500V，電流為1500-2000A的電弧，這些電弧可拉長至2m仍然繼續(xù)燃燒不熄滅。故滅弧是高壓斷路器必須解決的問題。吹弧熄弧的原理主要是冷卻電弧減弱熱游離，另一方面通過吹弧拉長電弧加強帶電粒子的復合和擴散，同時把弧隙中的帶電粒子吹散，迅速恢復介質(zhì)的絕緣強度。低壓斷路器也稱為自動空氣開關(guān)，可用來接通和分斷負載電路，也可用來控制不頻繁起動的電動機。它功能相當于閘刀開關(guān)、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護器等電器部分或全部的功能總和，是低壓配電網(wǎng)中一種重要的保護電器。低壓斷路器具有多種保護功能（過載、短路、欠電壓保護等）、動作值可調(diào)、分斷能力高、操作方便、安全等優(yōu)點，所以被廣泛應用。結(jié)構(gòu)和工作原理低壓斷路器由操作機構(gòu)、觸點、保護裝置（各種脫扣器）、滅弧系統(tǒng)等組成。低壓斷路器的主觸點是靠手動操作或電動合閘的。主觸點閉合后，自由脫扣機構(gòu)將主觸點鎖在合閘位置上。過電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯(lián)，欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯(lián)。當電路發(fā)生短路或嚴重過載時，過電流脫扣器的銜鐵吸合，使自由脫扣機構(gòu)動作，主觸點斷開主電路。

4故障查找

4.1SF6分解產(chǎn)物檢測

故障發(fā)生后，對152斷路器氣室（152斷路器和152斷路器TA位于同一氣室）開展SF6氣體診斷試驗，發(fā)現(xiàn)152斷路器氣室SF6分解產(chǎn)物含量異常，其SO2含量為138.6μL/L，H2S含量為131.8μL/L，CO含量為735.5μL/L，遠高于H2S、SO2的注意值1μL/L。SO2和H2S是判斷GIS等SF6氣體設備是否存在放電、過熱故障的重要指標，因此從測試結(jié)果可以推斷，在152斷路器氣室內(nèi)發(fā)生了嚴重放電。

4.2解體分析

從前文來看，152斷路器缺相是導致此次事故的主要原因，而斷路器缺相很有可能是由于合閘不到位引起的。因此，事故發(fā)生后，檢修和廠家人員首先對152斷路器機構(gòu)箱進行了檢查，發(fā)現(xiàn)152斷路器機構(gòu)底座緊固螺栓一側(cè)明顯松動，另一側(cè)底座緊固螺栓已經(jīng)完全脫落。從而導致機構(gòu)底座松動，且存在明顯間隙。由于整個機構(gòu)固定不牢，處于晃動狀態(tài)，因此，斷路器在分合閘過程中，其操動機構(gòu)會在外力下?lián)u晃，使傳動連桿不能準確地將行程傳遞給動觸頭，致使斷路器觸頭分合閘行程不夠，合閘時動靜觸頭虛接或接觸不良;分閘時動靜觸頭又不能有效分開，導致持續(xù)燃弧。這不僅無法滿足拉開短路電流的運行要求，而且連承載極低負載電流的能力都受到影響。152斷路器解體之后，在內(nèi)部發(fā)現(xiàn)有大量的灰色粉末。152斷路器C相被電弧擊穿導通后，SF6氣體在電弧的作用下分解產(chǎn)生H2S、SO2等故障氣體，同時產(chǎn)生大量銅蒸汽以及碳化燃燒的粉末，銅蒸汽和碳化粉末從C相故障點向四周擴散，形成游離導電介質(zhì)，使斷路器氣室絕緣逐漸降低，并最終導致A、B兩相也對外殼/地導通，形成放電通道，故障發(fā)展為三相對地短路。由于保護死區(qū)，152斷路器跳開后并沒有消除接地故障，因此距離保護動作跳開152對側(cè)斷路器。

5檢修處理

揭開該站151斷路器機構(gòu)箱，發(fā)現(xiàn)其機構(gòu)底座螺栓依舊松動，存在分合閘不到位的風險。因此，為安全起見，公司已將其列為家族性缺陷，在公司內(nèi)部對該廠家生產(chǎn)的該類型GIS設備進行梳理，并安排進行逐一停電排查。未排查的斷路器不能再進行分合閘操作。排查時應先拉開對側(cè)站相應間隔的斷路器，然后在不帶負荷的情況下拉開缺陷斷路器，最后依次測試機械特性、低跳特性和回路電阻等。緊固操作機構(gòu)底座螺栓，并涂覆防松膠，再次復核機械特性、低跳和回路電阻試驗，合格后投運。

6結(jié)論

此次事故主要是由于斷路器機構(gòu)底座螺母松動造成的，暴露了GIS設備在出廠、安裝、驗收和運維等環(huán)節(jié)中存在的諸多問題，可采取以下措施加以改善。一是該變電站一次部分采用典型的內(nèi)橋結(jié)構(gòu)，其110kV母線未安裝母線TV，靠兩組110kV線路側(cè)TV監(jiān)視110kV母線電壓，雖節(jié)約了投資，但暴露出在斷路器、刀開關(guān)合不到位時，無法有效監(jiān)視母線電壓的弊端。建議對于受端GIS變電站設置獨立的母線TA，以監(jiān)測線路斷路器、刀開關(guān)是否合閘到位，確保線路電壓送到110kV母線上。二是GIS設備免維護是相對的，由于斷路器、刀開關(guān)分閘和合閘操作會對從操動機構(gòu)到罐內(nèi)導體的一系列連接的傳動部分產(chǎn)生較大沖擊力，經(jīng)過多次操作，累積效應可能會使螺栓松動，部件發(fā)生變形、松動或脫落。應加強日常維護，對操動機構(gòu)、傳動連桿定期檢查。三是加強GIS設備的出廠、安裝和驗收管理，防止“帶病”設備入網(wǎng)。四是運維人員對GIS設備進行倒閘操作后，必須認真核查斷路器、隔離斷路器在各處的位置指示是否一致，同時，還要核實各相的電壓電流信號是否正常。

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