一起500 kV GIS隔離刀閘電源空開異常跳閘的故障分析與消除

摘" 要：針對一起500 kV氣體絕緣封閉組合電器（GAS insulated SWITCHGEAR，GIS）隔離刀閘電源空開異常跳閘進行故障分析和消除研究。首先，對空開跳閘異常原因進行全面分析；其次，通過查閱圖紙，測量各節(jié)點對地絕緣電阻，定位到故障點位于機構(gòu)箱。經(jīng)過開箱檢查、絕緣電阻測量確認機構(gòu)箱進水嚴重，并推斷出是二次電纜高于航空插頭引起雨水倒灌，導致機構(gòu)箱內(nèi)積水嚴重，鐵銹混合雨水導致內(nèi)部絕緣破壞，現(xiàn)場進行初步處理，防止故障擴大，安排停電計劃進行故障元器件更換，更換后故障消除；最后，提出預防GIS發(fā)生此類故障的措施。

關(guān)鍵詞：氣體絕緣封閉組合電器；空開跳閘；絕緣不良；機構(gòu)受潮；電力系統(tǒng)運行

中圖分類號：TM595" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）32-0162-04

Abstract： The abnormal circuit breaker trip of a 500 kV gas insulated switch-gear （GIS） was analyzed. First of all， the causes of abnormal air trip are analyzed comprehensively. Secondly， by referring to the drawings， the insulation resistance of each node to the ground is measured and the fault point is located in the mechanism box. After unpacking inspection and insulation resistance measurement， it is confirmed that the watering in the mechanism box is serious， and it is inferred that the secondary cable is higher than the aviation plug， causing rainwater backpouring， thus resulting in serious water in the mechanism box， and the rust mixed rain water leads to the internal insulation damage. The initial treatment was carried out on site to prevent the expansion of the fault， and the power failure plan was arranged to replace the faulty components， and the fault was eliminated after replacement. Finally， the measures to prevent such failure of GIS are put forward.

Keywords： GIS; switch trip; poor insulation; mechanism moisture; power system operation

氣體絕緣封閉組合電器（GAS insulated SWITCHGEAR，GIS）因其結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、易維護、集成度高和導體受環(huán)境影響小等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用[1]。隔離刀閘和接地刀閘是GIS中的重要開關(guān)設(shè)備，在電力系統(tǒng)運行中起到隔離電源、切換線路及保護人身安全的作用。刀閘操動機構(gòu)作為高壓刀閘的主要運動部件，直接驅(qū)動刀閘動觸頭運動實現(xiàn)分、合閘操作，其操作的可靠性直接影響電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和安全性。本文通過對一起500 kV隔離刀閘電源空開異常跳閘案例進行分析，找出異常原因并消除，最后對GIS隔離刀閘運維檢修給出建議。

1" 設(shè)備及故障信息

設(shè)備信息：刀閘機構(gòu)型號JWG6A-550，額定電壓550 kV，出廠日期2017年4月。

時間及天氣信息：2023年7月26日下午，天氣多云轉(zhuǎn)陰，前2周該變電站連續(xù)多日降雨，晴天較少。

故障信息：運行人員發(fā)現(xiàn)某變電站一刀閘電機電源空開跳閘，試合空開后，約1 s即再次跳閘。

2" 故障檢查處理

2.1" 空開跳閘原因分析

空開跳閘主要分為2方面的原因：

1）空開通過的電流過大，超過其整定值，空開跳開。電流過大又分為負載過大或發(fā)生短路2種情況，短路又以對地短路情況偏多。

2）空開本身損壞，彈簧或其他部件損壞導致無法正常保持合閘。

2.2" 不停電檢查處理

7月28日上午，天氣小雨轉(zhuǎn)中雨，檢修人員前往現(xiàn)場進行不停電檢查處理。

首先將空開上下樁頭所接導線全部拆除，試合空開，無跳閘情況，由此證明該空開本身機械未發(fā)生異常。

隨后檢查其上下樁頭所接導線的回路電阻，檢查發(fā)現(xiàn)，該空開下樁頭接線對地絕緣電阻為4.6 kΩ，上樁頭接線對地絕緣電阻為12.1 MΩ。該下樁頭接線另一端則接到端子箱的DS1：19，而DS1端子排的19、18、17三個端子短接，測得DS1：19的線絕緣電阻小于4.6 kΩ，這表明3個端子中有對地絕緣不良的情況。為進一步確定3個端子的對地結(jié)緣情況，將短接片打開，對3個端子進行分別測量，測量結(jié)果見表1。根據(jù)行業(yè)規(guī)則和規(guī)范，工作電壓為100～500 V的二次回路，絕緣電阻不應(yīng)低于2 000 kΩ[2]。因此，DS1：19的對地絕緣異常偏低，其余2個端子對地絕緣電阻正常。

翻閱圖紙，進一步檢查發(fā)現(xiàn)，DS1：19是通往該隔離刀閘機構(gòu)箱C相電機回路的導線（圖1），因本次檢查為不停電檢查，保守測量幾個端子的絕緣情況，見表2。表2中，X2為航空插頭端子排，XT1為機構(gòu)箱內(nèi)端子排，可見航空插頭和機構(gòu)箱內(nèi)端子排的絕緣性能均已被破壞。

打開機構(gòu)箱進行檢查，開箱過程中機構(gòu)箱內(nèi)即有水從箱內(nèi)往外流出，如圖2所示。由此可見箱內(nèi)已有較深積水。表2" 機構(gòu)箱絕緣電阻測量情況

開箱后，可見機構(gòu)箱內(nèi)底部有較深積水，且積水內(nèi)有較多鐵銹混合物，推測機構(gòu)箱內(nèi)原來積水較深，與各元器件浸泡、反應(yīng)時間較長；機構(gòu)箱壁、分合閘觀察窗均有水汽冷凝而成的水滴，如圖3所示。機構(gòu)箱內(nèi)雖有加熱器，但是因進水過多，泡水后短路損壞，起不到加熱除濕的效果。

根據(jù)箱內(nèi)鐵銹帶痕跡推測，原來積水水位約到箱內(nèi)高度的1/4到1/3處，如圖4所示。

7月28日下午雨勢變大，為防止機構(gòu)箱進一步受潮，檢修人員將積水舀出，箱壁水滴擦干，匯報后將機構(gòu)箱蓋板恢復?？紤]到該機構(gòu)箱正面有防雨罩遮擋，進水可能極小，因此對兩側(cè)連接處涂防水膠加強密封[3]，如圖5所示。

8月2日，天氣晴，會同機構(gòu)箱廠家人員再次進行開箱檢查，開箱時箱壁內(nèi)仍有水滴。征得運行人員同意后，拔開航空插頭發(fā)現(xiàn)插頭內(nèi)有較多積水，且有泡水痕跡，航插拔出后有水成股流下，如圖6所示。

拔下航插后，對機構(gòu)箱及航插進行風干晾曬處理，2 h后箱內(nèi)、航插無水汽，此時對航插端子及端子排再次進行絕緣電阻測試，測試結(jié)果見表3。可見航空插頭內(nèi)水已蒸發(fā)，絕緣性能恢復，而機構(gòu)箱內(nèi)絕緣性能仍未恢復，推測是由于元器件各接觸點通過鐵銹與箱體發(fā)生電氣連接引起絕緣電阻下降。

在拔開航插的情況下試送電機電源，空開正常工作不跳閘，可判斷航插及其線纜對地絕緣還可以滿足工作條件。

結(jié)合機構(gòu)箱內(nèi)泡水痕跡，推測電機已長時間泡水，且其輔助（勵磁等）回路各元器件也已長時間泡水，即使空開可正常推上，電機也很可能已損壞無法轉(zhuǎn)動，或者會轉(zhuǎn)動一小段后損壞。初步判斷該機構(gòu)無法電動操作，應(yīng)當停電更換機構(gòu)箱，并且應(yīng)當在停電時進行手動操作。

因本次檢查工作為不停電二票工作，不宜對電機及回路進行更進一步檢查。

2.3" 進水原因分析與不停電處理

該機構(gòu)箱正面有箱體+防雨罩雙重遮擋，后蓋與GIS相連，進水可能性極小，因此較大可能從兩側(cè)進水，一邊為分合閘指示觀察窗，另一邊為電纜管路。該機構(gòu)箱的電纜管路連接如圖7所示，其最高點高于插頭位置，再考慮到航空插頭內(nèi)積水較多情況，推測是線纜外壁破損，雨水從線纜經(jīng)過插頭流入機構(gòu)箱。

將該機構(gòu)箱電纜另一頭壓入電纜槽盒，盡量壓低后進行綁扎，使其最高點低于航空插頭，如圖7所示。

2.4" 停電處理

10月13日，檢修人員手動操作分閘，將設(shè)備停電，拉開所有相關(guān)電源。將圖4水位線以下的元器件都進行了更換，包括故障電機、電阻及其他泡水元器件。對底部滲水、生銹部分做擦拭、除銹處理。處理后測量各節(jié)點對地絕緣電阻見表4，均大于規(guī)程要求的2 MΩ，可見絕緣性能均已恢復。檢修完成后，試合空開，空開不再跳閘，開、斷均正常。刀閘電動分合正常，缺陷消除。

3" 總結(jié)及建議

轄區(qū)內(nèi)大多數(shù)變電站為了防止刀閘誤分合，一般都會拉開刀閘電機電源，但是該變電站為滿足一鍵順控等運行要求，刀閘電機電源是長時投入的，此時機構(gòu)箱發(fā)生進水輕則對地短路空開跳開，嚴重時甚至會發(fā)生刀閘誤動作的情況（其他地區(qū)發(fā)生過先例），因刀閘不具備開斷負荷的能力，此時會發(fā)生大面積跳閘甚至爆炸等故障。因此，在故障徹底解決前，不應(yīng)送上該電機電源空開[4]。

本次故障原因判斷為機構(gòu)箱滲水，是二次電纜管走向落差導致。箱內(nèi)積水已經(jīng)嚴重，到處都是水跡，無法從水跡直接判斷進水原因。

機構(gòu)箱內(nèi)主要電氣元器件為電機及其相關(guān)輔助回路元器件，均已長時間泡水，繼續(xù)使用風險大于收益；而各元器件泡水后損壞情況不易測量，可能發(fā)生檢測時還好，運行時損壞導致強迫停電的情況，考慮供電穩(wěn)定性，應(yīng)盡可能進行更換。

對于使用該型號機構(gòu)箱的其他間隔，應(yīng)當排查進水情況。今后應(yīng)當結(jié)合日常巡檢，對站內(nèi)及其他站箱體二次電纜管走向進行重點檢查；加強新設(shè)備入網(wǎng)把關(guān)，將新安裝投運的箱體電纜管走向作為一項重點驗收項目，從源頭上杜絕此類情況發(fā)生。

對戶外箱體防滲水排查時要全面仔細，考慮每月進行一次端子箱、機構(gòu)箱加熱驅(qū)潮裝置測試，發(fā)現(xiàn)不正常時應(yīng)及時更換[5]。每季度進行一次端子箱、機構(gòu)箱漏光檢查，發(fā)現(xiàn)箱體無法密閉、密封條密封不良等情況應(yīng)及時修復。

4" 結(jié)束語

本文對變電站GIS組合電器設(shè)備的異常進水情況及故障處理進行了分析闡述，并提出了一系列有效的解決方案和措施，希望能夠為變電站設(shè)備管理和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供參考，為該類異常情況提供參考和建議。

參考文獻：

[1] 吳星，劉志剛，饒鴻猷，等.GIS組合電器內(nèi)部放電診斷試驗及原因分析[J].江西電力，2022，46（9）：38-42，62.

[2] 國家能源局.輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程：DL/T 393—2021 [S].北京：中國電力出版社，2022.

[3] 張濤，陳浩.一起220 kV GIS三工位隔離開關(guān)故障原因分析[J].高壓電器，2023（10）：247-252.

[4] 程實，居艷勇.一起220 kV GIS隔離開關(guān)分閘不到位的分析與處理[J].電工技術(shù)，2023（5）：200-202.

[5] 宋杰，陳冠彪.淺談變電站GIS組合電器設(shè)備的異常及故障處理方法[J].科技與企業(yè)，2012（15）：174.