吉林臺二級水電站220kVGIS事故分析及預防措施

周勇

【摘要】GIS高壓組合電器的設備自20世紀60年代實用化以來，已廣泛運行于世界各地。GIS不僅在高壓、超高壓領域被廣泛應用，而且在特高壓領域也被使用，其定義為：全部或部分采用氣體而不采用處于大氣壓下的空氣作為絕緣介質的金屬封閉開關設備。它是由斷路器、母線、隔離開關、電壓互感器、電流互感器、避雷器、套管7 種高壓電器組合而成的高壓配電裝置，全稱為gas insulated substation。GIS的優(yōu)點有構緊湊、占地面積小、可靠性高、配置靈活、安裝方便、安全性強、環(huán)境適應能力強，維護工作量很小，其主要部件的維修間隔不小于20年。

【關鍵詞】GIS組合電器；事故；母線保護動作；試驗；預防措施

一 、前言

吉林臺二級水電站，位于新疆伊犁哈薩克自治州尼勒克縣境內，是新疆伊犁喀什河規(guī)劃中的梯級電站之一。電站屬于引水式電站，裝機容量2×25MW，年發(fā)電量2.93億度 ，主變容量為75000KVA。220kV GIS 一期設備使用西安西開公司 ZF9-252 產品，共 3 個間隔，單母線結構，2009 年安裝投入運行，二期設備由泰開公司 2013 年擴建 4 個間隔，并增加II段母線，改為單母線分段結構，此次事故是I母1 間隔主母線氣室出現內部絕緣故障。

二、故障簡況

2017年10月04日09時55分26秒110毫秒，220kV吉林臺二級水電站220kVI母母線線發(fā)生A相接地故障，故障發(fā)生約110ms后發(fā)展為AC相接地故障，故障發(fā)生約150ms后又發(fā)展為三相短路故障，吉林臺二級水電站雙套220kV母線保護動作，跳開林二級聯絡線及1號主變斷路器，同時遠跳林二級聯絡線對側斷路器，220kV分段斷路器未跳閘，0.3s后分段失靈保護動作，跳開220kV寨吉線、伊吉線斷路器，同時遠跳220kV寨吉線、伊吉線對側斷路器。

三、事故現場情況及原因分析

（一）故障檢查

跳閘事故發(fā)生后，220kV I段母線范圍內所有間隔退出運行，立即開展全面檢查工作：

1、檢查母線保護范圍內二次設備，對保護裝置進行校驗，無異常情況，可正常動作。

2、對主變進行相關預防性試驗，發(fā)電機及母線絕緣電阻測試。

3、I段母線范圍內氣室的氣體密度繼電器進行校驗，SF6氣體水分測試。

（二）事故發(fā)生部位

（三）解體后現場情況

在廠家指導下對主母線氣室開蓋檢查，確認為 1 間隔隔離開關靜側絕緣盆子與主母線支撐導體連接處發(fā)生放電故障，造成殼體擊穿。母線筒內壁附著有大量白色粉末，內壁鐵紅環(huán)氧底漆變色，有起皮、脫落、燒穿現象（圖一、圖二）

I段母線1間隔A相母線支撐導體與隔離開關靜觸頭處連接用盆式絕緣子燒毀嚴重，靠近故障處母線桶內可見清晰噴濺痕跡（圖三）。

A相盆式絕緣子受熱變黑，梅花觸頭熔化。（圖四）。

（四）原因分析

1、氣室漏氣或水分超標造成絕緣強度下降后絕緣擊穿，導致放電事故。事發(fā)當值運行人員沒有接收到事故氣室壓力降低報警信號。事發(fā)后，對停電范圍內的各個氣室的SF6氣體含水量進行試驗，并對相應氣室的密度繼電器進行校驗，由于事故氣室氣體開口泄露，無法進行含水量試驗，但是故障部位距離殼體距離在15公分左右，而氣室內導體距離殼體的最近距離為8公分。對事故氣室密度繼電器進行校驗，其報警值為0.363MP，額定值為0.35MP，試驗數據合格，因此可排除由氣室壓力降低或者水分超標而導致本次事故發(fā)生。

2、A相導體插接梅花頭接觸不良，回路電阻增大，導致插接部位長期高熱，致使觸頭熔焊滴落至殼體導致接地故障，熔化后導體將熱量傳遞到殼體，在氣體壓力的輔助作用下將殼體熔穿，造成氣體泄漏，密度下降，絕緣性能和滅弧能力降低，發(fā)展為三相短路故障，導致220kV母線保護動作。影響回路電阻的因素主要有以下幾個方面：

（1）導體材料固有的電阻值，梅花觸頭接觸形式兩個要素設計定型后，基本固定不變的，材料的固定電阻值，與導體的結構、尺寸、電導率之間的關系較大，梅花觸頭的接觸形式是點，面或者是線，是屬于產品的定型，現場改變不了的固有特性。所以梅花觸頭的接觸性能和接觸壓力，對接觸電阻大小的影響至關重要。

（2）電接觸表面的接觸性能，觸頭的加工工藝，清潔程度，氧化程度對接觸電阻的影響也很大，尤其是電接觸表面的氧化程度，往往是導致回路電阻增大的重要原因。由于GIS內部導電回路都密閉在殼體內，不受外界環(huán)境的影響，當SF6氣體充入GIS后，電接觸表面與SF6內的微量雜質反應生成表面氧化物，導致回路電阻增大，但經過一段時間以后，這個會穩(wěn)定在一個范圍內。

（3）導體回路電阻的一個重要原因就是梅花觸頭的接觸壓力不夠造成的，當梅花觸頭兩個接觸部分裝配不到位，插入深度不符合技術規(guī)定，或者兩個結合部件在蹩勁的情況下，受力不均，一側壓力增大，一側壓力減小，導致接觸面積發(fā)生了減小，也就會導致接觸電阻成倍增加的現象。

四、預防措施

（一）加強日常巡檢。重點監(jiān)視密度繼電器的指示是否正常，匯控柜的信號燈、指示燈是否正確，GIS設備是否有可疑的噪音，是否有異常氣味或其他不正常現象，設備支架是否有松動，各個接地連接點是否緊固，金屬部件有無生銹腐蝕氧化現象，避雷器在線監(jiān)測指示值是否有異常變化，所有的二次接線是否正確緊固，做好巡檢記錄。

（二）做好定期預防性試驗。預防性試驗是防患于未然的有效措施，是保證電氣設備安全運行的有效手段之一，要預防該類GIS事故的發(fā)生，主要進行以下幾個試驗項目。

1、SF6氣體含水量測試。運行中的SF6氣體中的含水量標準要求不大于300ppm.

2、SF6氣體泄漏測試。判定標準為；年漏氣率不大于1%。對電壓等級較高的斷路器及GIS。因體積大可以用局部包扎法檢漏，每個部位包扎后歷時5小時，測得SF6氣體含量（體積分）不大于3010-6

3、回路電阻測試。定期測試導電回路電阻，檢查主回路中連接和觸頭的接觸是否良好是預防此類事故的重要手段。目前測量回路電阻的一個主要手段是直流壓降法，由于弱電流雙電橋測量電路，是難以消除的電阻大的氧化膜，實際值會大于的測得的電阻，但氧化膜很容易破裂，因而在測量時要加100A以上的擊穿電流。

五、結語

一般GIS組合電器故障率很低，一旦出現故障以后搶修的時間很長，難度較普通設備要大，所以造成經濟損失也會更大。在導電回路接觸電阻測試過程中，GIS內導體的接觸電阻本身受氧化膜的影響很小，梅花觸頭均為插入式。 觸頭是由多片花瓣形狀的觸指組合成，在這種情況下，如果使用直流壓降法測試接觸電阻， 就需要在幾十片觸指相應位置分別建立導電橋，這使得接觸部位的結構過細，在計算時將導致網格劃分極密，計算會困難，從而導致誤差很大，測量不準確。需要不斷探索新的測試方法和測試途徑。

參考文獻 ：

[1]白宇濤.GIS設備安裝質量控制要點（J） 電力自動化設備，2007，27（3）；124-126