一起GIS設(shè)備誤操作事故分析及管控措施

陳 軒，劉南波，文雅欽，戴栩生，劉子陽(yáng)

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限荊州供電公司，湖北 荊州 434000；2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司孝感供電公司，湖北 孝感 432000；3.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077）

0 引言

GIS因具有絕緣性能好、運(yùn)行安全可靠、占地面積與空間體積小、安裝維修方便、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)［1-4］，而被廣泛應(yīng)用［5-6］。但由于GIS的導(dǎo)電部分全封閉于GIS管道中，對(duì)運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)一些負(fù)面影響，如開罐檢修工藝復(fù)雜、安裝環(huán)境無(wú)塵化要求高、GIS 氣體污染等［7］。當(dāng)GIS 設(shè)備發(fā)生局部故障而需要停電檢修時(shí)，往往要將相鄰的GIS 氣室也進(jìn)行停電，擴(kuò)大了停電范圍［8］；GIS氣體回收以及真空注氣往往耗時(shí)長(zhǎng)，增加了停電時(shí)間。特別是內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)無(wú)法直接觀察，在檢修、維護(hù)時(shí)，如果作業(yè)人員安全防范意識(shí)不到位，可能進(jìn)行誤操作，輕者造成設(shè)備損壞、人員受傷，重者造成電網(wǎng)主設(shè)備燒毀電網(wǎng)大面積停電，帶來(lái)巨大損失。

本文通過(guò)對(duì)一起GIS 設(shè)備電氣誤操作事故的分析，總結(jié)了在GIS設(shè)備檢修時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并提出相應(yīng)的控制措施。

1 事故簡(jiǎn)介

1.1 事故前運(yùn)行方式

某發(fā)電廠345 kV（北）開關(guān)場(chǎng)，為配合機(jī)組大修，于2022 年3 月初進(jìn)行3540、3550 斷路器維修保養(yǎng)工作，現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備為雙母3/2接線，故障設(shè)備接線圖如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)一次接線圖Fig.1 Field primary wiring diagram

1.2 事故發(fā)生經(jīng)過(guò)

2022 年3 月2 日，某電廠維修單位發(fā)現(xiàn)3540 斷路器SF6氣體含水量過(guò)高，將該斷路器所屬氣室SF6絕緣氣體進(jìn)行回收，以便過(guò)濾及熱處理去除其中水分。2022年3月3日，操作人員進(jìn)行3541隔離開關(guān)操作時(shí)，專責(zé)監(jiān)護(hù)人向操作人員表示3540氣室內(nèi)無(wú)氣體，但操作人員與工作許可人均未意識(shí)到可能風(fēng)險(xiǎn)，執(zhí)行3541隔離開關(guān)合閘操作，造成氣室內(nèi)導(dǎo)體對(duì)外殼閃絡(luò)。同時(shí)，由于保護(hù)裝置判斷錯(cuò)誤，造成母線停電，進(jìn)而導(dǎo)致多臺(tái)發(fā)電機(jī)組跳開，系統(tǒng)頻率波動(dòng)，最終損失負(fù)荷1 050萬(wàn)kW，占區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷總量的1/3，約552.9萬(wàn)用戶受到影響。

2 設(shè)備故障分析

2.1 故障發(fā)展過(guò)程分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)事故分析報(bào)告，由于3540 斷路器氣室的SF6氣體被回收，設(shè)備氣室處于真空狀態(tài)，絕緣性能下降，3541 刀閘在其合閘過(guò)程中發(fā)生合閘預(yù)擊穿，此時(shí)，3540 斷路器氣室已帶電，合閘預(yù)擊穿足以將其絕緣擊穿，發(fā)生接地短路，其短路電流可達(dá)到20 kA［9］，而此時(shí)3541 刀閘還未合閘到位，其回路電流增大、通流能力減弱，產(chǎn)生高溫將導(dǎo)體燒熔，金屬蒸汽揮發(fā)后，3541 氣室絕緣被擊穿，發(fā)生閃絡(luò)，事故發(fā)展流程如圖2所示。

圖2 事故發(fā)展流程圖Fig.2 Accident development flowchart

3541隔刀氣室擊穿后，短路電流由3540氣室閃絡(luò)路徑改至3541 氣室閃絡(luò)路徑流入外殼，GIS 殼體通常為8 mm 左右的鋁合金材質(zhì)，只能承受0.3 s 左右短路電流，而本次故障母線保護(hù)未動(dòng)作，其短路電流可能持續(xù)數(shù)秒，進(jìn)而導(dǎo)致殼體嚴(yán)重?zé)龘p，現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

圖3 事故現(xiàn)場(chǎng)照片F(xiàn)ig.3 Photos of the accident scene

2.2 故障氣室絕緣性能分析

本次故障中，3540斷路器氣室在抽真空后的閃絡(luò)擊穿是故障發(fā)生的源頭。GIS氣室內(nèi)通常可視為均勻電場(chǎng)環(huán)境，在低氣壓下，其擊穿電壓符合巴申曲線，即擊穿電壓只與Pd（其中P為SF6氣體壓力值、單位為MPa，d為絕緣靜距離、單位為mm）乘積相關(guān)，如圖4所示。

圖4 空氣中的經(jīng)典完整巴申曲線[10]Fig.4 Classic complete Bashan curve in the air

試驗(yàn)表明，SF6氣體在p≤0.2 MPa是遵循巴申曲線。SF6氣體與空氣的巴申曲線趨勢(shì)相似，擊穿電壓更高，如圖5所示。由圖5可知，氣體在巴申曲線中的最低擊穿電壓通常出現(xiàn)在100 Pa 附近，而GIS 氣室抽真空后的壓力通常為133 Pa，即使是SF6氣體，在該環(huán)境下的絕緣性能也遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的空氣。345 kV GIS的導(dǎo)體相對(duì)地凈距離約為20 cm～30 cm，其擊穿電壓小于10 kV，遠(yuǎn)低于其設(shè)備運(yùn)行電壓199.2 kV。因此，當(dāng)斷路器一端帶電后，該氣室絕緣很快即被擊穿，發(fā)生閃絡(luò)。

圖5 SF6氣體與空氣的巴申曲線的比較[10]Fig.5 Comparison of SF6 gas and Bashan curve of air

3 事故原因及安全風(fēng)險(xiǎn)分析

事故發(fā)生直接原因是檢修人員對(duì)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控不到位，進(jìn)行了誤操作導(dǎo)致事故發(fā)生。對(duì)此事故現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析如下：

1）現(xiàn)場(chǎng)防誤操作安全措施不到位，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作僅使用“禁止操作作業(yè)卡”等提示性措施進(jìn)行管控，存在極高的誤操作風(fēng)險(xiǎn)。

2）現(xiàn)場(chǎng)未嚴(yán)格落實(shí)高作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的相關(guān)規(guī)定，危險(xiǎn)點(diǎn)辨識(shí)不清，在氣室抽真空情況下，對(duì)帶電設(shè)備進(jìn)行操作，使檢修設(shè)備帶電，存在設(shè)備絕緣擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。

3）作業(yè)范圍劃分不明，3541隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行更換零部件工作后，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員應(yīng)待3540斷路器完成充氣后，方可對(duì)隔離開關(guān)進(jìn)行操作，兩個(gè)作業(yè)面交叉作業(yè)混亂，直接導(dǎo)致了本事故的發(fā)生。

4）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備操作前，到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)時(shí)，未對(duì)相鄰檢修設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行復(fù)查，未核實(shí)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。

在檢修、試驗(yàn)工作聯(lián)絡(luò)書（工作票）填寫時(shí)，檢修人員在對(duì)是否需要做設(shè)備試運(yùn)轉(zhuǎn)和設(shè)備異常檢修、試驗(yàn)等，是否可能有跳機(jī)風(fēng)險(xiǎn)選項(xiàng)時(shí)均選填“否”，運(yùn)維人員未對(duì)設(shè)備異常檢修、試驗(yàn)等，是否可能有跳機(jī)風(fēng)險(xiǎn)選項(xiàng)進(jìn)行填寫，且相關(guān)人員未確認(rèn)簽名。

5）2016 年更新的該電廠開關(guān)廠母線繼電保護(hù)裝置設(shè)定啟動(dòng)閉鎖保護(hù)時(shí)間（5 s）與舊的電機(jī)驅(qū)動(dòng)隔離開關(guān)動(dòng)作時(shí)間（7 s）兩者之間有時(shí)序差別，導(dǎo)致保護(hù)裝置自動(dòng)閉鎖，而關(guān)閉保護(hù)功能，未及時(shí)切除故障，造成事故后果擴(kuò)大。

4 結(jié)語(yǔ)

此次事故中作業(yè)人員對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的忽視、事故導(dǎo)致的后果都具有極大的警示作用。對(duì)于檢修作業(yè)中的安全風(fēng)險(xiǎn)管控，建議采取以下措施：

1）嚴(yán)格杜絕違章操作、無(wú)票作業(yè)，將防誤操作各項(xiàng)措施落到實(shí)處。

2）嚴(yán)格落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全措施，認(rèn)真辨識(shí)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在的危險(xiǎn)點(diǎn)，各級(jí)管理人員要落實(shí)到崗到位制度，確保作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有“明白人”。

3）嚴(yán)格落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)交接班制度，持續(xù)進(jìn)行多日的現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)維人員應(yīng)對(duì)每天的工作做到心中有數(shù)，檢修人員變動(dòng)時(shí)，應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全措施、工作任務(wù)交接清楚。

4）完善GIS 設(shè)備SF6氣體壓力閉鎖功能。現(xiàn)在GIS/HGIS 設(shè)備斷路器室低氣壓閉鎖僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的分合閘操作進(jìn)行閉鎖，應(yīng)完善功能，實(shí)現(xiàn)在斷路器室氣壓降至無(wú)法滿足絕緣要求時(shí)，對(duì)隔離開關(guān)的分合進(jìn)行閉鎖。

5）嚴(yán)格落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的安全培訓(xùn)，加強(qiáng)多種傳播途徑的安全文化宣傳，做到事前想安全、事后思安全、日常論安全，營(yíng)造“我要安全”的安全文化氛圍。