一起220 kV GIS母線失壓事故分析

韋德福，李 斌，洪 鶴

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

一起220 kV GIS母線失壓事故分析

韋德福1，李 斌1，洪 鶴2

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

介紹了一起220 kV GIS母線失壓的事故分析過程，根據現場解體和處理情況，得出GIS母線氣室C相主母線導電桿端部鍍銀銅觸頭與鋁導桿連接處固定螺栓緊固力矩不足，使接觸電阻增大、螺栓通流發熱，鋁導電桿過熱部位逐漸熔化滴落到下部的B相母線上，引發三相短路是此次事故發生的主要原因，通過對這起事故的分析研究，對今后GIS類似故障的處理分析提供借鑒與參考。

GIS；母線失壓；三相短路；事故分析

GIS因其占地面積小、維護工作量少、運行可靠及故障率低等優點，在電力系統的使用率逐年增加。但由于其主要部件的工藝技術、裝配質量問題引起的設備絕緣性能下降問題，已引發了多起事故［1-5］，嚴重威脅了電網的安全運行。文中對某500 kV變電站由于GIS故障而導致220 kVⅡ母線失壓事故進行分析。

1 事故過程

1.1 事故情況

某500 kV變電站220 kVⅡ母線運行中母差保護動作，220 kVⅡ母線失壓，Ⅱ母線上所連接的220 kV新蒲2號線、蒲法2號線、蒲輝2號線、蒲東2號線、2號主變二次、1號母聯和Ⅱ、Ⅳ母線分段開關跳閘。該變電站220 kV一次設備為某高壓開關有限公司2008年12月生產的252型GIS設備，2009年9月10日投運。故障時天氣晴，現場無作業，故障設備外觀如圖1所示。

圖1 故障設備外觀

1.2 事故前運行方式

故障前該變電站系統為正常運行方式，500 kV主接線為3／2接線，運行有9條線路。220 kV系統主接線為雙母線雙分段接線，運行有14條線路。220 kVⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段母線并列運行，Ⅰ母線帶新蒲1號線、蒲法1號線、蒲輝1號線、蒲東1號線，Ⅱ母線帶新蒲2號線、蒲法2號線、蒲輝2號線、蒲東2號線、2號主變二次，Ⅲ母線帶蒲韓1號線、蒲大1號線、蒲繁1號線、3號主變二次，Ⅳ母線帶蒲韓2號線、蒲大2號線、蒲繁2號線。2號、3號主變容量均為1 000 MVA，故障前2臺主變負荷均為1萬kW。

1.3 保護動作情況

220 kVⅠ、Ⅱ段母線第1套、第2套母差保護動作，Ⅱ段母線切除，故障錄波圖顯示Ⅱ段母線BC相先短路，5 ms后發展為三相短路，故障電流39.315 kA，各線路保護及主變保護均未動作，Ⅱ母線所帶間隔一次故障電流如表1所示。

表1 Ⅱ母線所帶間隔一次故障電流

1.4 設備檢查情況

220 kVⅡ母線所帶線路間隔及主母線間隔各氣室SF6氣體壓力正常，設備殼體、接地端子、絕緣盆子、防爆膜等外觀均無異常。由于故障GIS為主母線共箱、其余分箱結構，三相短路發生在主母線氣室內，對Ⅱ母線主母線間隔3個氣室分別進行SF6氣體分解物試驗，發現靠近Ⅳ母線側氣室SF6分解產物嚴重超標，其中SO2為310 μL／L，H2S為90 μL／L，其余兩氣室無異常，由此判定Ⅱ母線靠近Ⅳ母線側氣室（長24 m）為故障氣室。故障氣室及位置如圖2、圖3所示。

圖2 故障氣室

2 解體檢查

2.1 故障母線解體檢查

回收220 kVⅡ母線故障氣室（西側氣室）全部SF6氣體（約500 kg），相鄰氣室（中間氣室）回收SF6氣體減壓至0.2 MPa。打開手孔蓋，通過手孔蓋用相機拍照，查找到故障點位置處于2號主二次間隔至蒲東2號線間隔之間的主母線處，設備情況如圖4所示，故障點外部殼體位置、故障點位置如圖5、圖6所示。清罐并將故障處受損元件拆出。檢查發現，故障部位筒體被熏黑，無嚴重燒傷痕跡；故障部位為三相主母線導電桿活動連接側，三相主母線絕緣支架外表面被電弧熏黑，無放電弧道和裂紋；三相導體桿內側均有電弧灼燒痕跡，C相最嚴重，元件燒損情況如圖7所示。

圖3 故障氣室位置

圖4 母線氣室內部故障部位

圖5 故障點外部殼體位置

圖6 故障點位置示意圖

2.2 C相鋁導電桿與鍍銀銅觸頭解體檢查

C相鋁導電桿與鍍銀銅觸頭接觸面外沿出現0.5 mm的縫隙，鋁導電桿側出現燒蝕孔洞，銅鍍銀觸頭表面有嚴重過熱發紅痕跡，燒損情況如圖8所示。

主母線鋁導桿與鍍銀銅觸頭是通過6個直徑為10 mm，長度為30 mm的螺栓固定連接，將燒熔在一起的C相導電桿銅鋁結合面鋸開，檢查螺栓齊全，無漏裝情況。接觸面切開后鋁導電桿表面外觀如圖9所示。

圖7 燒損元件

圖8 C相導電桿活動連接側燒損情況

圖9 接觸面切開后鋁導電桿表面1

螺栓插入鋁導電桿深度設計標準為19 mm，為驗證各螺栓的緊固情況，繼續進行切割，切割至16 mm左右時，發現1個固定螺栓口內已無螺桿，繼續切割，其他5個螺栓插入深度比較均勻，檢查情況如圖10所示。

2.3 A、B相鋁導電桿與鍍銀銅觸頭解體檢查

檢查A相、B相共12個固定螺栓的緊固力矩，螺絲擰緊標準力矩為12 Nm，各螺栓旋轉角度為20°～300°，存在不同程度的松動。檢查A相、B相鋁導桿與鍍銀銅觸頭接觸面，除受短路故障波及輕微受損外，未發現其他明顯異常。

圖10 接觸面切開后鋁導電桿表面2

3 處理措施

對故障部件進行更換后進行導電桿復裝，測試故障氣室內三相主母線整段回路電阻，A相為866 μΩ、B相為216.4 μΩ、C相為217 μΩ，A相明顯偏大，逐段進行查找，發現2號主二次間隔A相主母線導電桿固定連接側接觸面接觸不良（非拆裝部位），接觸電阻為645 μΩ，接觸不良部位如圖11所示。

圖11 A相主母線導電桿固定連接側接觸面接觸不良

該處由6個直徑為10 mm，長度為30 mm的螺栓固定連接，螺絲擰緊標準力矩為12 Nm，各螺栓旋轉角度為45°～180°，存在不同程度的松動。申請2號主二次停電，拆開該接觸面，發現2處過熱燒傷痕跡，接觸面情況如圖12所示，接觸不良部位如圖13所示。

圖12 接觸面情況

圖13 A相接觸不良部位

對2處受損元件更換施工、清理打磨罐體施工后，用力矩扳手對故障氣室內所有外露螺栓進行力矩校核，未發現其他異常情況。再次對故障氣室內三相主母線整段進行電阻測試，A相為218.3 μΩ、B相為216 μΩ、C相為217.2 μΩ，結果良好，進行徹底清罐、抽真空、充2遍氮氣進行清洗、充SF6氣體并靜放。

進一步檢查，對220 kVⅠ母、Ⅱ母線進行耐壓試驗。在耐壓試驗前，結合220 kVⅠ母、Ⅱ母所有元件停電機會，進行220 kVⅠ母三相主母線回路電阻測試，測試結果良好。然后進行220 kVⅡ母三相主母線回路電阻測試，B相偏大，逐段進行檢查，發現220 kV新蒲1號線到1號母聯之間三相不平衡，其中A相電阻為93 μΩ、B相電阻為166 μΩ、C相電阻為90 μΩ，其余區段良好。

對220 kVⅡ母線東側氣室進行SF6氣體回收，相鄰氣室（中間氣室）回收SF6氣體減壓至0.2 MPa。打開220 kVⅡ母線東側氣室，進行內檢，未發現放電點，逐段進行回路電阻測試，發現預留間隔B相主母線導電桿活動連接側鋁導電桿與鍍銀銅觸頭接觸面接觸不良，接觸電阻為80 μΩ，該處與引發故障的C相接觸不良部位一致，接觸不良情況如圖14所示，接觸不良部位如圖15所示。

圖14 B相主母線導電桿活動連接側接觸面接觸不良情況

圖15 B相接觸不良部位

拆下導電桿，打開接觸面，鍍銀銅觸頭接觸面上有4個小麻點，如圖16所示，鋁導電桿接觸面完好，處理后，復裝，重新測試回路電阻良好，清罐、抽真空、充氣。發現6個螺栓均有不同程度松動（20°～30°）。處理完畢測量接觸電阻為1～2 μΩ。

圖16 鍍銀銅觸頭接觸面

打開220 kVⅡ母西側氣室和中間氣室，進行內檢，未發現放電點，同時進行母線螺栓緊固，逐個打開220 kVⅡ母線連接的新蒲1、2號線，蒲法1、2號線，蒲輝1、2號線，蒲東1、2號線，2號主變二次，Ⅱ母TV共11個間隔的Ⅱ母隔離開關手孔蓋，檢查Ⅱ母隔離開關絕緣盆子，未發現放電點。

4 故障原因分析

a.故障部位C相主母線導電桿端部鍍銀銅觸頭與鋁導桿連接處固定螺栓緊固力矩不足，接觸面接觸不良，螺栓通流發熱，鋁導電桿過熱部位逐漸熔化滴落到下部的B相母線上，造成BC相間短路，5 ms后，弧光引發三相短路，這是導致本次故障的直接原因。

b.由于故障部位為制造廠廠內裝配，且同一工作面的其余兩相也存在松動，設備廠家確認螺栓未緊固到位是由于廠內裝配人員責任心不強，未認真執行工藝標準導致。通過對故障氣室（24 m）的全面檢查及220 kVⅠ母、Ⅱ母回路電阻測試，認為該設備廠家對產品工藝標準執行不嚴格、產品質量管控存在嚴重漏洞，這是導致本次故障的根本原因。

c.此次故障為發展型故障，故障部位的燒蝕是較長時間過熱所導致的。故障設備運行已達5年，未出現異常，近期該變電站系統潮流也無明顯變化，上半年帶電檢測未發現異常。但下半年該條母線上的2條線路在同塔并架處發生倒塔事件，故障處曾遭受多次短路電流電動力沖擊，分析認為倒塔短路沖擊加劇了故障點處接觸不良的程度是此次故障的誘發因素。

5 結束語

此次GIS母線失壓是一起典型的因制造廠家對產品工藝標準執行不嚴格及裝配工藝質量問題引起的絕緣故障。制造廠家應高度重視產品裝配工藝標準的剛性執行，加強從業人員的培訓和產品質量控制，從根本上杜絕此類故障。

另外，應對該變電器220 kV GIS進行重點監測，加大帶電檢測頻度，最近3個月內每月進行1次SF6分解產物檢測和超聲局放、超高頻局放檢測，并可采用超高頻局放在線監測裝置進行實時監測。

［1］ 孫大陸.110 kV SF6斷路器爆炸事故原因分析［J］.東北電力技術，2010，31（3）：37-39.

［2］ 高殿瀅，李勝川，劉佳鑫.一起500 kV線路電壓異常現象的事故分析處理［J］.東北電力技術，2015，36（1）：1-5.

［3］ 李 爽，趙義松，張 巍，等.一起220 kV變壓器短路事故分析［J］.東北電力技術，2012，33（9）：32-33.

［4］ 汪曉明，何 萍，劉 衍.一起500 kV HGIS事故的分析及處理［J］.高壓電器，2014，50（1）：129-132.

［5］ 王靜君，黃瑜瓏.一起500 kV GIS隔離開關絕緣閃絡的事故分析［J］.高壓電器，2013，49（9）：119-123.

Accident Analysis on a Bus Voltage Loss of 220 kV GIS

WEI De?fu1，LI Bin1，HONG He2
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

An accident analysis of bus voltage loss of 220 kV GIS is introduced in this paper.According to the disintegration and the treatment，fixed bolt has small torque at the joint of aluminum guide bar and silver copper contact for conduction pole ends of C?phase main bus，this causes a increase in contact resistance，screw bolt get hot and aluminum guide bar can be melted which drop B-phase busscrew bolt，three?phase short?circuit happens that is the main accident reason.This paper analyses the accident and provides a ref?erence for the analysis and the dispose of similar GIS faults.

GIS；Bus voltage loss；Three-phase short-circuit；Accident analysis

TM73；TM595

A

1004-7913（2015）06-0046-05

韋德福（1982—），男，碩士，工程師，從事過電壓及高壓試驗技術研究。

2015-04-10）