500 kV GIS開關防爆膜爆破事件處理及改進措施

易 慧

(廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510000)

500 kV GIS開關防爆膜爆破事件處理及改進措施

易 慧

(廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510000)

介紹了某站500 kV第3串聯絡5032開關因SF6氣體防爆膜動作后氣體壓力釋放導致開關閉鎖分合閘的緊急缺陷處理過程，總結了500 kV開關閉鎖分合閘的處理原則，并對防爆膜爆破的原因進行了分析與總結，提出了后續的維護改進措施，確保GIS開關防爆膜正確動作。

GIS開關；SF6氣體防爆膜；閉鎖分合閘；防爆膜爆破

0 概述

2014-08-17T14:58，某站就地監控后臺發出“5032斷路器第一組控制回路斷線”“5032斷路器第二組控制回路斷線”“5032斷路器SF6壓力低閉鎖操作”等報文及光字牌，保護裝置操作箱一、二路分合閘位置指示燈熄滅。當值值班負責人收集并初步確認相關異常信號后，立即報告給調度?，F場進一步檢查發現5032開關三相在合閘位置，C相開關氣室SF6壓力表壓力指示為0，防爆膜已動作爆破(見圖1)。運行人員立即意識到設備處于異常狀態，存在較大危險，在初步檢查確認設備情況后隨即離開設備現場；同時檢查確認全站保護無動作，錄波裝置無異常，無故障啟動跡象。值班負責人檢查后基本確定是由于開關SF6壓力防爆膜動作，導致氣室SF6壓力低引起開關閉鎖分合閘。此時500 kV 5032開關已不具備運行條件，于是立即聯系調度，通過斷開相鄰的500 kV 5031，5033開關、220 kV 3號變2203開關、35 kV 3號變低303開關及順廣乙線對側開關后，在500 kV 5032開關無電壓無電流的情況下，拉開其兩側刀閘將其隔離。隨后通過邊開關恢復了500 kV 3號主變及順廣乙線運行。

500 kV 5032開關C相防爆膜動作前，全站設備正常運行，無故障跳閘事件，也無穿越性故障電流，站內監控設備記錄無明顯的潮流、電壓波動情況。防爆膜動作以后，因GIS本體內還存在一個大氣壓的SF6氣體，能夠確保在額定電壓下不被擊穿，因此尚未出現絕緣擊穿導致故障跳閘現象。

圖1 開關防爆膜動作情況

1 500 kV開關閉鎖分合閘處理原則

一般情況下，應先將異常開關兩側設備停電，再無壓拉開異常開關兩側刀閘將其隔離。

3/2接線方式下，僅在能夠確認異常開關絕緣正常且存在2個及以上完整串運行時，方可考慮通過直接拉開異常開關兩側刀閘的方法將其隔離。隔離操作過程中，不應停用其他開關直流操作電源。

2 原因分析

2.1 基本運行情況

該站5032開關為日本TMT&D株式會社生產的500-SFMT-63F型HGIS設備，斷路器設備編號C019817，2004年生產，2006年6月投運，日常巡視周期為每天2次。500 kV 5032開關壓力防爆膜為美國安賽科(OSECO)產品，型號為PCR，類型為反拱十字槽型，主要材質為鎳，防爆膜動作壓力為0.9 MPa(20 ℃）。經查看設備說明書和與廠家技術人員確認，防爆膜沒有日常運維要求，且為了人身安全，禁止人員在防爆膜附近逗留。受運行環境的潮氣和雨水影響，各氣室防爆膜普遍附著綠色氧化物，其中朝下倒扣安裝的斷路器氣室防爆膜氧化程度較為嚴重，防爆膜外側有大量綠色氧化物生成。

該站500 kV HGIS斷路器氣室額定壓力為0.6 MPa，正常范圍為0.6-0.78 MPa。查閱2014 年3月以來該站500 kV HGIS氣室壓力巡視記錄，記錄的最高壓力為0.68 MPa，絕大多數記錄壓力在0.65 MPa以下，設備氣體壓力符合設備運行要求，無超壓現象。

2.2 原因分析

2.2.1 氣室壓力分析

根據理想氣體狀態方程(PV=nRT)，氣體壓力跟其體積、溫度、物質的量有關。由于設備運行以來該氣室未補過氣，相鄰氣室為刀閘氣室，壓力較低，可認為該氣室內氣體量不變。而氣室的體積也可認為不變，故氣室氣體壓力主要與其溫度有關。

由于SF6密度計顯示的為20 ℃時的相對壓力，根據以往記錄，該氣室氣體20 ℃時的相對壓力值為0.63 MPa。根據SF6氣體壓力與溫度關系曲線(見圖2)，事件發生時氣溫約為34 ℃，該溫度下氣室內壓力約為0.665 MPa?？紤]到陽光照射和設備發熱的影響，氣室內氣體實際壓力應該大于0.665 MPa；但要達到防爆膜的額定爆破壓力，氣室內氣體溫度需達到130 ℃，顯然該可能性極小。而在事件發生期間，5032開關無操作，無故障電流。在防爆膜更換檢修過程中，檢查C相氣室也未發現有放電痕跡，氣室內溫度不會達到如此高的溫度。所以，本次事件應與防爆膜爆破壓力降低或防爆膜質量不合格有關。

2.2.2 防爆膜運行性能分析

(1) 防爆膜外觀檢查。針對該站500 kV 5032開關三相防爆膜存在受腐蝕情況，對所有同類型的HGIS設備111片防爆膜(包括開關及刀閘氣室)進行檢查，發現其存在以下幾個特點。

圖2 SF6壓力與溫度關系曲線

① 全部開關氣室防爆膜均有不同程度的腐蝕。包括刀閘氣室在內的全部111片防爆膜中有84片出現了腐蝕。

② 腐蝕類型可分為點狀腐蝕和片狀腐蝕2種。84片出現腐蝕現象的防爆膜中有16片屬點狀腐蝕，68片屬片狀腐蝕。

③ 防爆膜腐蝕與安裝方式有關。倒扣式安裝的防爆膜都存在不同程度的腐蝕，而側立式安裝的防爆膜都沒有出現腐蝕。

④ 通過對比發現，防爆膜腐蝕程度與運行時間有關，運行時間越長，腐蝕程度越嚴重。

(2) 防爆膜爆破試驗。為了評估表面腐蝕對防爆膜性能的影響，對原5032開關A，B相防爆膜、5042開關及50422刀閘三相防爆膜進行了爆破試驗?，F場采取的試驗方式為：整體拆卸下SF6防爆膜安裝法蘭，安裝在試驗平臺，用氮氣對防爆膜加壓。針對斷路器氣室防爆膜，加壓至0.7 MPa時保持壓力1 min，再緩慢加壓直至防爆膜爆破。針對隔離開關氣室防爆膜，加壓至0.6 MPa時保持壓力1 min，再緩慢加壓直至防爆膜爆破。

通過對上述樣品的爆破檢查發現：

① 原裝防爆膜的額定壓力為0.9 MPa，爆破壓力基準值為：0.855-0.945 MPa，氧化作用使得防爆膜的實際動作壓力有下降的趨勢(見表1)。通過500 kV 5042開關三相及5032開關剩余兩相的防爆膜的實測爆破數據可以看到，5個樣品中有4個樣品的實際動作值在額定爆破壓力的負下限范圍內，且500 kV 5032開關的B相防爆膜爆破壓力值低于其額定壓力下限。

② 通過爆破后變形對比，尤其是將500 kV 5032開關C相防爆膜爆破后的變形情況與50422 B相刀閘防爆膜爆破后(爆破壓力實測值為0.8 MPa)的變形情況進行對比，可以推測5032開關C相防爆膜爆破的壓力要小于0.85 MPa。500 kV 5032開關A，B相防爆膜爆破后，爆破裂片貼向夾持法蘭，而500 kV 50422開關B相及5032開關C相防爆膜爆破后，防爆膜裂片呈垂直狀態。

表1 防爆膜爆破壓力測試結果

(3) 防爆膜表面氧化物的組分分析。在一般環境下，該防爆膜使用壽命為30年，但若具體的使用環境不佳,防爆膜的爆破壓力值會降低。對5032開關C相防爆膜表面收集物(綠色)進行組分分析發現，其中氧元素的含量超過30 %，硫、鎳元素的含量在1 %-30 %之間，氯元素含量低于1 %。因此，該物質主要是鎳的化合物，具體為鎳的氧化物、硫化物及氯化物。結合該地區潮濕的氣候環境，尤其是夏天晝夜溫差大，很容易在倒扣的防爆膜的凹面形成凝露?？諝庵械囊恍┧嵝晕镔|溶解到凝露中，加速對防爆膜的腐蝕，從而使其運行性能劣化。劣化情況在防爆膜的外球面和破裂面得到證實，通過放大可觀察到在防爆膜外表面有腐蝕斑，破裂面也發現有變色物生成。

綜上所述，可初步認為該站500 kV 5032開關C相防爆膜異常爆破是由防爆膜自身材質劣化導致其運行性能下降造成的。

3 改進措施

(1) 結合停電更換防爆膜，將運行中防爆膜的動作壓力由原來的0.9 MPa提升到1.2 MPa。還未來得及停電更換的防爆膜則在其表面噴保護膜或油脂以阻止腐蝕進一步發展。

(2) 加強對戶外運行多年的該類型GIS設備的巡視，做好環境溫度及氣室壓力記錄，跟蹤腐蝕情況。巡視防爆膜時要特別注意保護自身安全。

(3) 鑒于該防爆膜運行中突然爆裂對設備及電網可能造成較大沖擊，要求有關變電站編制相關事故處理預案，以便運行人員在發生HGIS氣室防爆膜突然爆裂時果斷處置，防止擴大事故。

4 結束語

防爆膜作為電力設備在故障情況下的重要保護組件，在正常情況下不應動作；但是如果運行環境不佳，導致其運行性能下降，將是電力系統安全穩定運行的重大隱患，因此，在日常的運行維護過程中必須高度重視其運行工況。

2016-07-22。

易 慧(1980-)，男，工程師，主要從事電力系統運行及與繼電保護相關的應用研究工作，email：44150554@qq.com。