主變高壓電纜GIS側電纜頭氣室絕緣擊穿事故的原因及對策

廣西桂冠開投電力有限責任公司 韋柳丹

主變高壓電纜GIS側電纜頭氣室絕緣擊穿事故的原因及對策

廣西桂冠開投電力有限責任公司 韋柳丹

1 前言

樂灘電廠位于廣西忻城縣紅渡鎮上游3千米，是紅水河規劃的第八個梯級水電站，裝機容量為4×150MW。220kV GIS設備系統采用河南平頂山天鷹集團平高電氣公司ZF11-252（L）系列SF6氣體絕緣全封閉式組合電氣設備，雙母線接線方式，共分為十一個間隔，有五回出線，樂永線（QF 2051）接至永豐變；樂溯線Ⅰ（QF2052）接至溯河變Ⅰ；樂溯線Ⅱ（QF2053）接至溯河變Ⅱ；百樂線（QF2054）接至百龍灘電廠；六樂線（QF2055）接至六墟變。

2 GIS系統介紹

與傳統的AIS不同，GIS系統把開關間隔的所有功能統一歸并到一個密封艙中，該密封艙配備有兩個或三個絕緣套管，絕緣套管的數量取決于變電站的接線圖，對于改建、擴展、升級或新建變電站等各種應用而言，GIS是最適合的。GIS是由金屬殼密封，把氣體絕緣的斷路器、隔離開關、電流及電壓互感器與套管全部組合在一個共用的氣室內。氣室內部充有一定壓力并有優異滅弧和絕緣能力的SF6氣體。SF6是一種無色、無味、無毒、不會燃燒的氣體，其化學性質非常穩定，優點如下：

(1)滅弧能力強，介電強度高，絕緣性能好，常壓下其絕緣能力為空氣的2.5倍以上，其滅弧能力相當于相同條件下空氣的100倍。

(2)介質恢復速度特別快，冷卻特性好，開斷近區故障的性能特別好，使用壽命長。

(3)SF6氣體電弧分解場中不含有碳等影響絕緣能力的物質，觸頭在開斷電弧中燒損極其輕微。

GIS配電系統的額定電壓為252kV，額定頻率為50Hz，額定電流為2000A，額定短路開斷電流為50KA，額定短時耐受電流為50KA，額定短路持續時間為3S，額定峰值耐受電流為125KA。GIS配電系統由斷路器（CB）、隔離開關（DS）、檢修用接地開關（ES）、故障關合接地開關（FES）、母線、電流互感器（CT）、電壓互感器（VT）、避雷器（AR）、終端元件等組成。

3 事故經過

1）事故前狀態

＃2、#3、＃4機組運行，#2機帶150MW固定負荷，＃3、＃4投入AGC控制，#1主變檢修，#2、#4機分別通過#2、#4主變接入220kV II段母線，#3機通過#3主變接入220kV I段母線，母聯斷路器QF2012合閘運行狀態。

2）事故經過

2007年05月01日15時53分，運行人員開始對#1主變(TM1)冷卻系統恢復運行，16時30分 開始對#1主變(TM1)恢復運行操作，17時35分操作到合QF2001時，在監控系統發合QF2001命令后，#1發變組A、B柜同時動作出口跳QF2001。在中控室聽到較大的沖擊聲，監視#2、#3、#4機運行正常，同時監控系統有“#1發電機主變壓器斷路器QF2001 分閘”等信號出現，現場檢查#1發變組保護A、B柜有：主變差動速斷、比率差動、工頻變化量差動動作，跳閘紅燈亮。自動化維護人員提取#1發變組A、B柜故障波形，B相二次接地電流為：50.73A，折合一次電流為：12175A。判斷故障為#1主變高壓側B相發生了金屬性接地，且為#1主變高壓電纜GIS側電纜頭氣室（F2間隔，5GP氣室）（B相）內部發生了接地故障，最大故障電流12175A，故障持續時間：60ms。

4 原因分析

1）油樣化驗

事故發生后，立即取了#1主變本體及三相高壓套管絕緣油樣送至廣西電力試驗研究院進行色譜及水分測試，結果未見異常，如表1所示：

表1 氣體組分含量分析結果

表2 SF6組分含量分析結果

2）SF6氣體化驗

5月6日，電力試驗研究院在解體前對故障間隔進行了SF6組分含量的檢測，結果也未見異常，如下表2所示：

3）拆開后狀況

用回收裝置回收三相電纜頭氣室的氣體至零表壓后，拆開F2間隔電纜頭氣室三相-絕緣盆連接螺桿，往后移動三相筒體約400mm左右，發現B相的一只絕緣盆接地放電燒黑，橫導電桿被電弧燒傷面積約1/4左右，電纜頭底部邊椽被灼傷多個黑麻點，B相筒內壁和導電桿表面有一層氧化白色粉末，A、C相筒內壁和導電桿表面也有一些氧化白色粉末，C導電桿和靜觸頭有過熱現象。經過處理、反復清洗、清掃三相筒內壁和導電桿表面后消除臟物、黑點。更換三相-絕緣盆，更換C相靜觸頭，更換三相分子篩，電纜頭氣室和上隔刀氣室更換了SF6新氣體，經過檢測合格。檢查壓力表外表無損壞、壓力值在合格范圍。

4）現場檢查狀況

斷路器的操作機構壓力正常、油泵打壓時間為5分鐘、起動壓力24.3MPa、停止壓力27.0MPa。連管無滲漏，油泵電機無異音，運轉正常。油位正常。外殼接地良好、無銹蝕過熱現象。全部檢查未發現異常。

5）結論

造成此次事故的主要原因是＃1主變高壓側一次設備B相金屬接地,造成的原因有管理上的，也有技術上的。

5 防范措施

1）針對管理上的原因，提出以下防范措施

嚴格按照GIS設備、電纜頭附件的制作及驗收標準進行驗收，嚴把質量關，確保設備無隱患投入系統運行。

嚴格執行SF6氣體的管理的相關標準，認真作好SF6氣體的驗收關，保存關及使用關，杜絕相關指標不合格的氣體進入運行設備。

嚴禁在GIS室周圍進行振動大的工作。

制訂技術監控年度計劃并認真執行。

新裝設備或設備解體檢修后，設備必須抽真空；SF6氣體須經氣體濕度試驗合格后方可使用。

嚴格按規程要求定期進行密度繼電器及壓力表校驗。

新裝電纜頭或電纜頭內腔需充油時必須采用真空注油方式。

新安裝或設備解體檢修時應保證作業場所符合檢修標準要求。

2） 針對技術方面的原因采取的預防措施

GIS室應裝設溫、濕度計和除濕裝置，維護人員在運行中應定期檢查GIS室的溫濕度，當濕度超過80%時，應開啟除濕裝置。

應在晴朗干燥天氣進行充氣，并嚴格按照有關規程和檢修工藝操作要求進行操作。充氣的管子必須用聚四氟乙烯管，管子內部干燥，無油無灰塵，充氣前用新的SF6氣體進行沖洗。

使用高效干燥劑，并在使用前經活化處理，安裝時盡量縮短暴露于大氣中的時間，減少吸附劑自身帶入的水分。

嚴格控制密封件的質量關，采用滲透率小的密封件，加強設備密封面的加工、組裝的質量管理，保證密封良好。同時運行中加強GIS設備壓力的監視，發現壓力值有異常變化時，應對設備進行詳細的檢漏，查找設備的泄漏點及時進行消缺，避免水分的侵入。

巡檢時認真檢查電纜頭油系統壓力情況，接近0.5bar時及時聯系廠家處理，發現油路滲漏時及時消缺。

運行前必須認真檢查，保證電纜屏蔽層接地；限壓器按規程要求定期試驗，及時更換不合格產品。

6 注意事項

1）在設備解體前，需要有以下所需工器具：SF6氣體服務車、SF6氣體檢漏儀、SF6氣體水分檢測儀、含氧量測定儀、漏點測試儀以及根據要處理的氣室容量相應的濕度合格的新SF6氣體，另外還有可用的氮氣。

2）在GIS室內處理事故時，一定注意好個人的防護。

[1]廣西電力工業勘察設計研究院. 廣西紅水河樂灘水電站工程運行設計報告[J].2008

[2]樂灘電廠運行人員.樂灘電廠GIS運行規程（第二版）[J].2008

[3]樂灘電廠生產技術部.樂灘電廠GIS設備電纜頭氣室絕緣擊穿應急預案[M].2007.