GIS隔離開關合閘不到位引發拉弧故障的處理與分析

周金聰，黃冰心

(南安電力公司，福建 南安 362300)

1 引言

GIS由于具有結構緊湊、靈活和免維護以及不受外界環境條件影響等優點，在電力系統中得到了越來越廣泛地應用。但GIS與傳統的AIS設備相比，直觀性不強，無法直接用肉眼判斷其隔離開關觸頭合閘是否到位，一旦發生觸頭合閘不到位，則會引起事故。

本文通過對現場一起因隔離開關合閘不到位引發的拉弧故障案例的分析，提出了GIS中應該在斷路器合閘控制線路中增加隔離開關合閘到位聯鎖控制信號的改進意見，并建議隔離開關操作機構選用氣動或彈簧操作機構。

2 故障經過及設備檢查、試驗

2011年11月28日23時11分，本轄區110 kV后田變#2主變在由冷備用轉運行的操作過程中，#2主變帶上負荷并合環運行約10分鐘后，其差流速斷、比率差動保護動作，主變兩側開關跳閘。

2.1 設備外觀檢查

故障發生后對差動保護范圍內的設備進行了全面地外觀檢查，未發現明顯異常。各開關、刀閘的現場電氣指示、機械指示均正常，只有調度SCADA系統未正常顯示主變刀閘的合閘變位信號。

2.2 現場試驗

對主變本體進行了常規電氣試驗、油色譜氣體組分分析，結果合格;主變保護復測正常;檢查故障錄波，發現有明顯的故障電流。重新對隔離開關電動操作，SCADA系統能正常顯示主變刀閘的合閘變位信號。

對110kVⅡ段母線上6個氣室的SF6氣體純度、微水、分解物進行測試，結果是主變高壓側隔離開關1622刀閘氣室的分解物SO2嚴重超標，表明該氣室曾經發生過較為嚴重的放電故障。檢測結果如表1所示。

2.3 解體情況

2.3.1 現場解體

回收SF6氣體后，拆開手孔封板，發現筒內有白色粉末，1622刀閘三相動觸頭表面均有不同程度的燒傷黑點，其中A、C相較為明顯，B相較輕微。隔離開關三相觸頭燒損情況照片如圖1所示。

表1 SF6氣體組分檢測結果

2.3.2 解體前試驗

將1622氣室拆除至檢修車間進行深入解體分析。恢復隔離開關與本體之間的連桿，根據二次原理圖給機構接通電源，手動操作兩次隔離開關后，電動操作兩次，測量隔離開關動觸頭行程、超行程、同期，均在合格范圍內。

將隔離開關合閘到底后測量三相回路電阻;結果顯示:A 相為 55.8μΩ，B 相為 59.1μΩ，C 相為30.5μΩ。(由于隔離開關動靜觸頭有燒損，此數據基本滿足要求。)

手動搖動機構分合，用萬用表測量機構輔助開關的切換位置。經過檢測，在機構分合到70% ～80%左右位置時輔助開關切換。

2.3.3 車間解體

拆除了隔離開關靜觸頭側的絕緣盆子，發現三相靜觸頭屏蔽罩均出現環形燒蝕，屏蔽罩的圓形邊緣被燒蝕溶化，三相邊緣溶化比較均勻，如圖2所示。從圖2的照片可以看出，放電時觸頭距離屏蔽罩比較近，在三相均產生了放電電弧。

拆掉三相靜觸頭的屏蔽罩，三相靜觸頭觸指上均有被燒蝕的痕跡，B相靜觸頭內部觸指抱緊彈簧燒斷一根，如圖3所示。

圖3 三相靜觸頭拆掉屏蔽罩后的情況

拆除隔離開關的傳動齒輪箱，取出絕緣拉桿，未找到絕緣拉桿上面有放電閃絡痕跡，發黑部位是放電溶化物燙傷的結果，如圖4所示。

3 故障原因分析

根據設備解體后的現象分析，推斷故障原因為隔離開關三相合閘未完全到位，其動觸頭在距離剛合點位置停止，動靜觸頭剛剛接觸，沒有足夠的觸頭壓力，在觸頭上通過較大負荷電流時引起拉弧放電，造成變壓器跳閘事故。

圖4 三相絕緣拉桿表面情況

再對隔離開關的行程、超程、同期以及回路電阻測量的數據進行分析，可以推斷，造成隔離開關觸頭不能完全閉合的原因是由于操作機構問題引起。

隔離開關的操作機構使用CJG直流電動機構，控制原理圖如圖5所示。由圖5可以看出，隔離開關合閘操作機構合閘時，繼電器-KE的線圈在合閘過程中，也就是動觸頭運動過程中，應該一直通電，從而保證合閘電動機運行，控制線路依靠-KE的輔助觸點自保持來實現。假如在合閘過程中-KE線圈由于某種原因出現斷電情況，控制回路的自保持作用消失，其線圈失電，則合閘電機停轉，機構合閘操作停止。此時，隔離開關動觸頭并未合閘到位，從而發生觸頭合閘不到位停在中途的情況。而如果機構的輔助開關已經切換，則監控系統顯示開關合閘到位信號，同時遙控合閘命令的信號電源被機構的輔助開關轉換切掉，機構將不會再繼續操作，此時隔離開關合閘不到位。由于隔離開關給出了已經合閘的信號，所以斷路器可以正常合閘，則送電后由于隔離開關觸頭沒有可靠接觸，將發生燒損故障。

-KE繼電器線圈失電原因可能有:電源回路、電纜插接件或機構內部電源回路的接線存在虛接現象，造成在合閘過程中合閘接觸器-KE線圈瞬間失電，輔助接點斷開使開關合閘操作機構停止操作;繼電器-KE本身質量不穩定，在操作過程中受震動或一些偶然因素影響，使其輔助觸點斷開等。

圖5 隔離開關控制原理圖

4 改進建議

從上面的分析可知，GIS作為封閉設備，不能直觀地觀察隔離開關分合閘到位情況，所以對其合閘情況的監測和聯鎖控制顯得非常重要。建議:

(1)由于電動操作機構在運行中受到二次控制回路電源、輔助觸點等影響較大，容易出現合閘不到位現象，建議GIS隔離開關的操作機構應盡量選用氣動或彈簧操作機構;

(2)不管是采用何種操作機構，對于隔離開關合閘到位檢查都非常重要，應該在斷路器及其它相關控制中增加隔離開關合閘到位檢測信號作為聯鎖控制信號，確保隔離開關合閘到位才能進行斷路器合閘操作;

(3)操作人員在送電操作過程中，應對隔離開關進行兩次或以上的合閘操作，以減少隔離開關合閘不到位的機率;

(4)對于隔離開關操作機構的機械指示設計要合理，能方便操作人員觀察開關的位置指示;

(5)故障發生后，可通過采用SF6氣體成分檢測對故障區間氣室內氣體分解物進行定量檢定，能有效地實現故障部位、故障性質的快速判斷。

5 結束語

本文對一起GIS隔離開關合閘不到位引起的拉弧造成變壓器保護動作事故進行了分析，找出了事故原因，并提出了選用可靠性更高的氣動或彈簧操作機構、在斷路器合閘回路增加隔離開關合閘到位聯鎖信號等改進措施。

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