GIS盆式絕緣子單相接地事故分析及處理

1、木座水電站GIS接地事故分析及處理劉德翼（四川華能涪江水電有限責(zé)任公司， 四川成都 610041）摘 要：介紹了華能木座電站252kV氣體絕緣組合封閉電器（GIS）盆式絕緣子破裂引起接地故障的原因、現(xiàn)象和處理。并在文中說明了GIS設(shè)備的比較優(yōu)勢，提出了GIS設(shè)備在制造、安裝、檢查、試驗、運行環(huán)節(jié)上的建議。關(guān)鍵詞：GIS 盆式絕緣子 接地 分析 處理1. 概述木座水電站位于四川省綿陽市平武縣西北部涪江上游左岸最大的一級支流火溪河上，裝機容量為2×50MW木座水電站。電站電氣主接線方式為發(fā)電機-變壓器單元接線。電站出線共3回， 1回220kV出線與上游自一里電站相連，一回220kV出線與

2、下游陰坪電站相連，一回220kV出線接入江油天明變電站。氣體絕緣封閉式組合電器（GIS）是隨著絕緣技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器等主要電氣設(shè)備組合而成，采用具有優(yōu)異滅弧能力和絕緣能力的SF6氣體作為絕緣介質(zhì)。GIS組合電器具有結(jié)構(gòu)封閉緊湊、占用面積小，運行不受外部環(huán)境影響、不產(chǎn)生噪音和無線電干擾，故還具有環(huán)保的優(yōu)勢，安裝方便，維護工作量少，運行安全可靠等優(yōu)點。木座電站GIS由上海西安高壓電器研究所設(shè)計、生產(chǎn)及安裝。額定電壓等級為252kV，主母線采用三相共箱，斷路器和分支母線采用三相分箱結(jié)構(gòu)。主接線方式為分段母線接線，共有母線PT間隔2組、出線

3、間隔3組、進線間隔2組、母線聯(lián)絡(luò)間隔1組，線路側(cè)接地開關(guān)采用快速接地開關(guān)，斷路器操動機構(gòu)為ABB進口液壓彈簧機構(gòu)，隔離開關(guān)、接地開關(guān)（包括快速接地開關(guān)）采用電動操作機構(gòu)，均由西安高壓電器研究所生產(chǎn)。相關(guān)技術(shù)參數(shù)及主接線如下：型號ZF1-252額定電壓252kV額定短時工頻耐壓395kV額定雷電沖擊電壓950kV額定電流2000A額定短時耐受電流40kA/3s斷路器SF6氣體壓力(20表壓)0.6Mpa斷路器氣體報警壓力0.55Mpa斷路器氣體閉鎖壓力0.50Mpa其他氣室壓力0.4 Mpa其他氣室報警壓力0.35 Mpa2. 事故經(jīng)過2007年9月24日晚，#2主變處于空載狀態(tài)， #1主變壓器

4、處于運行狀態(tài)。#1主變壓器低壓側(cè) 10kV段母線41DL斷路器合閘，站用變壓器41B帶全部站用電，外引400V 段處于熱備用，400V站用電備自投裝置投入。220kV 線路保護、220kV母線保護、#2主變壓器、#1主變壓器保護都投入。2009年9月25日凌晨，400V站用電消失，400V備自投啟動，外引400V 段電源投入。GIS #1主變壓器匯控柜上“變壓器斷路器SF6氣體低報警”光字牌動作， #1主變壓器斷路器室SF6氣體壓力由額定壓力0.60Mpa降低至0.52Mpa，#1主變壓器高壓側(cè)氣室壓力由額定壓力0.40Mpa升高為0.52Mpa。集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)報 “1#主變壓器差流速

5、斷保護動作”的信號?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)變壓器保護動作信息如下:主變差流速斷C相動作保護動作時刻：2007年09月25日00時15分42秒保護動作時間：15ms保護故障序號：560 共有18個動作數(shù)據(jù)01 高壓側(cè)A相電流 12.01049°A02 高壓側(cè)B相電流 11.90049°A03 高壓側(cè)C相電流 23.91229°A04 低A分支A相電流 0.00000°A05 低A分支B相電流 0.00000°A06 低A分支C相電流 0.00000°A07 低B分支A相電流 0.00000°A08 低B分支B相電流 0.00000

6、76;A09 低B分支C相電流 0.00000°A10 低C分支A相電流 0.00000°A11 低C分支B相電流 0.00000°A12 低C分支C相電流 0.00000°A13 A相差動電流 12.01A14 A相制動電流 12.01A15 B相差動電流 11.90A16 B相制動電流 11.90A17 C相差動電流 23.91A18 C相制動電流 23.91A3. 故障分析根據(jù)GIS本身的報警信號和SF6氣體壓力變化分析，初步判斷主變高壓側(cè)氣室和斷路器氣室SF6氣體已經(jīng)貫通，氣室之間的盆式絕緣子應(yīng)該破裂并且接地導(dǎo)致變壓器保護差流速斷保護動作。根據(jù)繼

7、電保護動作情況分析，主變保護動作，而母差保護、線路保護均未動作，排除220kV母線和線路發(fā)生接地故障的可能。變壓器保護A相動作電流與B相動作電流相位一致，幅值大小基本相同。#1變壓器保護A相故障電流與B相故障電流之和等于C相故障電流，且相位差為180°。母差保護的一組CT安裝在斷路器的主變高壓側(cè)，而變壓器差動保護的一組CT安裝在斷路器的母線側(cè)側(cè)，根據(jù)保護配置、保護范圍以及保護用CT的安裝位置，結(jié)合匯控柜1#主變高壓側(cè)間隔的相關(guān)壓力變化情況確定，故障相為C相，故障點應(yīng)該發(fā)生在變壓器保護范圍之內(nèi)和母差保護范圍之外的區(qū)域。接地故障原理圖和相量圖如下：綜合以上分析，按照#1主變間隔的氣室結(jié)構(gòu)

8、和分布，確定故障點為#1主變高壓側(cè)斷路器C相氣室和主變高壓側(cè)的C相氣室之間的盆式絕緣子。該盆式絕緣子破裂且發(fā)生了單相接地故障。在將SF6氣體回收之后拆開該氣室，印證了之前的分析判斷。該絕緣子故障后情況見下圖：4. 絕緣子破裂原因分析GIS作為一種技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠和免維護型高壓組合電器，應(yīng)該說出現(xiàn)這種事故的概率很低。通過對于該事故認(rèn)真全面的分析，認(rèn)為可能是以下的原因造成的。其一 盆式絕緣子本身固有的質(zhì)量缺陷。該盆式絕緣子是GIS廠家的外協(xié)廠家生產(chǎn)制造。GIS廠家對于盆式絕緣子質(zhì)量的認(rèn)可依據(jù)是盆式絕緣子廠家的出廠合格證和出廠檢驗報告。盆式絕緣子經(jīng)過包裝、運輸之后到達GIS廠家后，GIS

9、廠家僅在預(yù)裝后做整體電氣強度試驗，沒有對盆式絕緣子進行局部放電試驗和無損機械強度試驗。該盆式絕緣子本身有可能存在局部放電和機械強度不夠的缺陷。因此在經(jīng)過局部放電累積效應(yīng)和機械損傷疲勞累積效應(yīng)作用之后，產(chǎn)生事故。其二 安裝質(zhì)量和工藝把控不嚴(yán)。由于GIS設(shè)備技術(shù)含量較高，因此本設(shè)備由生產(chǎn)廠家承擔(dān)安裝，機電安裝單位配合安裝。但GIS廠家技術(shù)人員在安裝過程中，沒有嚴(yán)格按照產(chǎn)品的安裝作業(yè)指導(dǎo)書和安裝質(zhì)量控制體系執(zhí)行。在導(dǎo)體和盆式絕緣的對接安裝過程中可能導(dǎo)致該盆式絕緣子受到了碰撞，導(dǎo)致機械強度受損。同時在安裝過程中沒有復(fù)核GIS基礎(chǔ)的水平度和法蘭端面的垂直度，導(dǎo)致盆式絕緣子端面的機械受力也有可能不一致，所

10、受應(yīng)力無法消除。另外斷路器的操作將產(chǎn)生壓力沖擊和機械震動，經(jīng)過累積效應(yīng)之后導(dǎo)致了盆式絕緣子產(chǎn)生裂紋發(fā)生單相接地。5. 事故處理經(jīng)過以上的事故分析和原因分析后，為了保證GIS能夠盡快投入運行，減少經(jīng)濟損失，同時保證GIS的檢修質(zhì)量，制定出了以下的處理方案。與制造廠家取得了聯(lián)系，通報事故的現(xiàn)象和原因分析。要求制造廠家盡快派出事故處理人員，準(zhǔn)備盆式絕緣子的備件并進行耐壓試驗、局放試驗和探傷檢查，盡快到達現(xiàn)場對破裂絕緣子進行更換?，F(xiàn)場立即進行氣體回收處理，拆卸設(shè)備。將GIS室得通風(fēng)風(fēng)機全部投運，并開全部窗戶，避免人員SF6氣體中毒。進行拆卸時注意對相臨間隔的保護，避免事故擴大。拆卸后重新檢查和復(fù)核盆式

11、絕緣子端面的水平度和垂直度，更換上新盆式絕緣子后再次復(fù)核。更換灼燒后的鋁導(dǎo)體，測量該導(dǎo)體與盆式絕緣子的接觸電阻。在SF6氣體灌裝前后進行檢測SF6氣體進行微水含量，確保微水含量滿足規(guī)范要求?；匮b完成后，采用包扎法測量SF6氣體的泄漏，氣體泄漏量應(yīng)滿足規(guī)程要求。重新進行耐壓試驗。故障處理完畢，根據(jù)規(guī)范要求重新進行耐壓試驗，由于設(shè)備剛投運，按照試驗單位的建議，設(shè)備制造廠家同意試驗按照電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)（GB50150-2006）中相關(guān)要求進行試驗。由于對事故分析判斷正確、方案制定得當(dāng)，備件準(zhǔn)備、現(xiàn)場拆除、試驗單位的聯(lián)系準(zhǔn)備并行實施，僅用3天時間，木座電站GIS重新投入運行。6. 建議由于GIS設(shè)備具有結(jié)構(gòu)緊湊，技術(shù)成熟先進，同時維護工作量小等突出優(yōu)勢，因此越來越得到廣泛的使用和認(rèn)可。但如果出現(xiàn)了事故，處理的難度和工作量相對于普通敞開式開關(guān)設(shè)備要大的多。因此廠家應(yīng)該嚴(yán)格生產(chǎn)過程質(zhì)量控制，加強出廠檢驗，在安裝環(huán)節(jié)認(rèn)真編制安裝作業(yè)指導(dǎo)書，安裝過程中嚴(yán)守質(zhì)量關(guān)、工序關(guān)和工藝關(guān)。注意安裝環(huán)境的清潔、安裝的溫度、濕度，安裝過程中復(fù)核水平度和垂直度。切忌犯經(jīng)驗主義錯誤，要把質(zhì)量控制體系落實到實處