两起220kVGIS线型隔离开关故障分析及处理李浩军

两起220kVGIS线型隔离开关故障分析及处理李浩军

李浩军

(国网冀北电力有限公司唐山供电公司河北唐山063000)

摘要：气体绝缘金属封闭开关设备（GasInsulatedSwitchgear，GIS）是将断路器、隔离开关、互感器、避雷器等元件直接联结在一起，并全部封闭在接地的金属外壳内，壳内充以一定压力的SF6气体作为绝缘和灭弧介质。GIS电气设备以运行可靠性高、检修维护工作量小、故障发生率低等优点在电力系统中得到广泛应用，但GIS设备一旦发生故障，其检修拆卸工作量大，停电时间长。

关键词：220kVGIS；线型隔离；开关故障；分析

1导言

GIS(GasInsulationSwitchgear)是指72.5kV及以上的气体绝缘金属封闭式开关设备，通常也称为全封闭组合电器。它是由断路器、隔离开关、接地(快速)开关、母线、电流互感器、避雷器、套管等多种高压电器组合而成的成套装置，并全部封存在接地的金属筒外壳内，壳内充入一定压力的SF6气体作为绝缘和灭弧介质。

2现场检查及故障原因分析

2.120563隔离开关气室故障检查

20563隔离开关气室发生故障后，检修人员首先对20562、20563隔离开关气室分别进行了SF6气体组分测试。试验结果显示20562隔离开关气室SF6气体组分数据正常，20563隔离开关气室SF6气体中SO2组分达到286μL/L，大大超过规程所规定的3μL/L。由于该站GIS设备设计为三相连接共表，故障录波图显示20563隔离开关的B相发生故障，因此可判断故障点为20563隔离开关B相气室。随后检修人员对发生故障的20563隔离开关B相气室进行气体回收，并打开吸附剂孔，进行开盖检查。检查发现B相隔离开关的动静触头均有明显烧蚀痕迹；静触头连接的盆式绝缘子上有大片黑色烧灼痕迹；在动静触头大约中间位置的气室筒壁有很严重的烧蚀痕迹。

2.2故障原因分析

20563隔离开关气室故障发生在倒母线操作过程中，此时存在母线转换电流，隔离开关断口间存在电压。正常情况下，隔离开关动触头在分闸后应缩到均压罩内或超出少许，动触头周围电场场强分布近似均匀。但20563隔离开关B相动触头经检测超出均压罩20mm，已远远超出厂家设计许可值7.5mm，导致均压罩与筒壁间电场场强发生畸变。带电运行中的GIS设备对内部电场的变化非常敏感，由于外界因素使GIS内部的电场变得不均匀，导致电场发生畸变，可能会造成电场强度超过允许值，造成内部绝缘击穿。因此该故障相隔离开关气室在畸变电场的作用下，经过5s带电运行后，动触头对隔离开关气室外壳内壁放电，二者之间的空气间隙被击穿，触头与内壁上出现明显的烧蚀痕迹。

3事故案例

3．1事件经过

2013年5月12日6时21分，监控报警“3号发变组保护主变差动速断和3号主变比率差动保护动作”“3号主变2345间隔气室补气动作”“QF2003分闸”等信息，3号机组甩负荷停机。

3．2现场外部检查

3号主变高压侧隔离开关QS20036气室密度继电器上的压力显示为零，B相气室观察孔左下侧有一个小洞，通过观察孔可以看出气室有白色粉尘，判断B相隔离开关气室发生了接地故障。

3．3QS20036

刀闸内部拆检情况隔离开关B相动触头装配表面有放电烧蚀痕迹，静触头均压罩左下侧烧穿部位正对着烧穿的筒体，进一步检查发现动触头转动体的下部轴承及部图3QS20036刀闸外壳烧穿情况图分滚珠跌落在筒体下部，B相齿轮在全关位置已经越过了动触头齿条的行程范围，齿条被卡住难以抽出，A、C两相的齿条分闸位置的行程末端上有明显被齿轮挤压的痕迹。

3．4原因分析

原因一:QS20036隔离开关B相动触头转动体轴承断裂破碎，轴承碎裂片掉落筒体内壁，造成局部场强增大，引起导电体放电，造成B相单相短路接地故障，使其动触头左侧烧毁、静触头均压罩和左下侧壳体烧穿。原因二:隔离开关静触头屏蔽罩固定不牢靠，形成悬浮电极，引起局部放电，屏蔽罩放电过热融化，同时电晕使SF6气体绝缘强度降低，造成场强薄弱部位放电击穿。

3．5处理措施

由于厂家不再生产该型式的线型隔离开关，故将QS20036线型隔离开关的三相全部更换，现场抢修时间从2013年5月16日至5月17日，更换了整组线型隔离开关。对处理工作涉及的QS20036气室、QS20031气室按规程要求抽真空，重新充入经检验合格的SF6气体，静置后检测SF6气体湿度合格，由3号发电机对检修部位进行零起升压至105%额定电压10min无异常后，设备投入运行。

4防范措施

1)此两起设备损坏故障发生在同一类型的隔离开关的同一部位，为了防止同类设备发生同类事故，决定对GIS设备同结构同型号的所有线型隔离48开关进行检查，重点检查隔离开关动触头行程和操作机构轴承是否存在损坏现象，对有缺陷的零部件进行更换。2)受设备运行影响，电厂采取用GIS数字X射线成像仪检测透检所有线型隔离开关，经过对图像的仔细检查与分析，判断QS20556及QS20516存在较大风险，于2013年7月1日至7月11日期间对两开关进行拆检及处理。

QS20556B相线型隔离开关动触头机构上部轴承外圈破碎，大部分碎片和滚珠跌落在导体内腔，两颗滚珠跌落在筒底;B、C相盆式绝缘子有闪络放电痕迹。QS20516C相隔离开关动触头机构上部轴承损坏，滚珠与碎片跌落在导体筒内，与QS20036B相一样齿轮在全关位置已经越过了动触头齿条的行程范围，齿条被卡住难以抽出;A、B两相轴虽未损坏，但齿条分闸位置的行程末端上有被传动齿轮轧伤的痕迹。

5防止同类隔离开关气室故障的对策

5.1检测隔离开关动触头位置

通过以上分析可知，导致该隔离开关气室发生放电烧蚀的根本原因是隔离开关动触头分闸不到位，大大超出了厂家的规定值。因此为防止类似的故障再次发生，有必要对该变电站其它隔离开关动触头分闸位置进行检测。现场试验人员采用X光透视技术对同批次隔离开关进行检测。X射线在穿透物体的过程，其衰减程度取决于物体的衰减系数和射线在物质中穿透的厚度，如果被透照物体局部存在厚度差，该局部区域透过射线强度就会与周围的透过射线强度有差异。

5.2严格控制安装工艺

该GIS隔离开关故障原因是隔离开关动触头位置不符合厂家技术要求。一般GIS设备经过出厂前的安装调试后，才运到变电站现场进行整体组装，也就是说，振林变电站隔离开关动触头位置问题在出厂时就已经存在。因此，加强GIS设备出厂检测及验收工作，现场督促监造人员有针对性地对隔离开关动触头位置进行检测，使其符合厂家技术要求，从源头上防止因隔离开关动触头位置问题而导致的故障再次发生。

6结论

GIS电气设备以运行可靠性高、检修维护工作量小、故障发生率低等优点在电力系统中得到广泛应用，但GIS一旦发生故障，其检修拆卸工作量大，停电时间长，严重影响厂站正常供送电。因此，对于如何减少GIS故障发生率，以及故障发生后如何进行检查、分析、处理是非常重要的。本文详细地阐述了某电厂GIS线型隔离开关故障分析及处理过程，并提出改进措施，解决了设备隐患。对提高GIS隔离开关运行安全性具有一定的意义，为同类设备电厂提供参考和依据。

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