主变高压电缆GIS侧电缆头气室绝缘击穿事故的原因及对策

广西桂冠开投电力有限责任公司 韦柳丹

主变高压电缆GIS侧电缆头气室绝缘击穿事故的原因及对策

广西桂冠开投电力有限责任公司 韦柳丹

1 前言

乐滩电厂位于广西忻城县红渡镇上游3千米，是红水河规划的第八个梯级水电站，装机容量为4×150MW。220kV GIS设备系统采用河南平顶山天鹰集团平高电气公司ZF11-252（L）系列SF6气体绝缘全封闭式组合电气设备，双母线接线方式，共分为十一个间隔，有五回出线，乐永线（QF 2051）接至永丰变；乐溯线Ⅰ（QF2052）接至溯河变Ⅰ；乐溯线Ⅱ（QF2053）接至溯河变Ⅱ；百乐线（QF2054）接至百龙滩电厂；六乐线（QF2055）接至六墟变。

2 GIS系统介绍

与传统的AIS不同，GIS系统把开关间隔的所有功能统一归并到一个密封舱中，该密封舱配备有两个或三个绝缘套管，绝缘套管的数量取决于变电站的接线图，对于改建、扩展、升级或新建变电站等各种应用而言，GIS是最适合的。GIS是由金属壳密封，把气体绝缘的断路器、隔离开关、电流及电压互感器与套管全部组合在一个共用的气室内。气室内部充有一定压力并有优异灭弧和绝缘能力的SF6气体。SF6是一种无色、无味、无毒、不会燃烧的气体，其化学性质非常稳定，优点如下：

(1)灭弧能力强，介电强度高，绝缘性能好，常压下其绝缘能力为空气的2.5倍以上，其灭弧能力相当于相同条件下空气的100倍。

(2)介质恢复速度特别快，冷却特性好，开断近区故障的性能特别好，使用寿命长。

(3)SF6气体电弧分解场中不含有碳等影响绝缘能力的物质，触头在开断电弧中烧损极其轻微。

GIS配电系统的额定电压为252kV，额定频率为50Hz，额定电流为2000A，额定短路开断电流为50KA，额定短时耐受电流为50KA，额定短路持续时间为3S，额定峰值耐受电流为125KA。GIS配电系统由断路器（CB）、隔离开关（DS）、检修用接地开关（ES）、故障关合接地开关（FES）、母线、电流互感器（CT）、电压互感器（VT）、避雷器（AR）、终端元件等组成。

3 事故经过

1）事故前状态

＃2、#3、＃4机组运行，#2机带150MW固定负荷，＃3、＃4投入AGC控制，#1主变检修，#2、#4机分别通过#2、#4主变接入220kV II段母线，#3机通过#3主变接入220kV I段母线，母联断路器QF2012合闸运行状态。

2）事故经过

2007年05月01日15时53分，运行人员开始对#1主变(TM1)冷却系统恢复运行，16时30分 开始对#1主变(TM1)恢复运行操作，17时35分操作到合QF2001时，在监控系统发合QF2001命令后，#1发变组A、B柜同时动作出口跳QF2001。在中控室听到较大的冲击声，监视#2、#3、#4机运行正常，同时监控系统有“#1发电机主变压器断路器QF2001 分闸”等信号出现，现场检查#1发变组保护A、B柜有：主变差动速断、比率差动、工频变化量差动动作，跳闸红灯亮。自动化维护人员提取#1发变组A、B柜故障波形，B相二次接地电流为：50.73A，折合一次电流为：12175A。判断故障为#1主变高压侧B相发生了金属性接地，且为#1主变高压电缆GIS侧电缆头气室（F2间隔，5GP气室）（B相）内部发生了接地故障，最大故障电流12175A，故障持续时间：60ms。

4 原因分析

1）油样化验

事故发生后，立即取了#1主变本体及三相高压套管绝缘油样送至广西电力试验研究院进行色谱及水分测试，结果未见异常，如表1所示：

表1 气体组分含量分析结果

表2 SF6组分含量分析结果

2）SF6气体化验

5月6日，电力试验研究院在解体前对故障间隔进行了SF6组分含量的检测，结果也未见异常，如下表2所示：

3）拆开后状况

用回收装置回收三相电缆头气室的气体至零表压后，拆开F2间隔电缆头气室三相-绝缘盆连接螺杆，往后移动三相筒体约400mm左右，发现B相的一只绝缘盆接地放电烧黑，横导电杆被电弧烧伤面积约1/4左右，电缆头底部边椽被灼伤多个黑麻点，B相筒内壁和导电杆表面有一层氧化白色粉末，A、C相筒内壁和导电杆表面也有一些氧化白色粉末，C导电杆和静触头有过热现象。经过处理、反复清洗、清扫三相筒内壁和导电杆表面后消除脏物、黑点。更换三相-绝缘盆，更换C相静触头，更换三相分子筛，电缆头气室和上隔刀气室更换了SF6新气体，经过检测合格。检查压力表外表无损坏、压力值在合格范围。

4）现场检查状况

断路器的操作机构压力正常、油泵打压时间为5分钟、起动压力24.3MPa、停止压力27.0MPa。连管无渗漏，油泵电机无异音，运转正常。油位正常。外壳接地良好、无锈蚀过热现象。全部检查未发现异常。

5）结论

造成此次事故的主要原因是＃1主变高压侧一次设备B相金属接地,造成的原因有管理上的，也有技术上的。

5 防范措施

1）针对管理上的原因，提出以下防范措施

严格按照GIS设备、电缆头附件的制作及验收标准进行验收，严把质量关，确保设备无隐患投入系统运行。

严格执行SF6气体的管理的相关标准，认真作好SF6气体的验收关，保存关及使用关，杜绝相关指标不合格的气体进入运行设备。

严禁在GIS室周围进行振动大的工作。

制订技术监控年度计划并认真执行。

新装设备或设备解体检修后，设备必须抽真空；SF6气体须经气体湿度试验合格后方可使用。

严格按规程要求定期进行密度继电器及压力表校验。

新装电缆头或电缆头内腔需充油时必须采用真空注油方式。

新安装或设备解体检修时应保证作业场所符合检修标准要求。

2） 针对技术方面的原因采取的预防措施

GIS室应装设温、湿度计和除湿装置，维护人员在运行中应定期检查GIS室的温湿度，当湿度超过80%时，应开启除湿装置。

应在晴朗干燥天气进行充气，并严格按照有关规程和检修工艺操作要求进行操作。充气的管子必须用聚四氟乙烯管，管子内部干燥，无油无灰尘，充气前用新的SF6气体进行冲洗。

使用高效干燥剂，并在使用前经活化处理，安装时尽量缩短暴露于大气中的时间，减少吸附剂自身带入的水分。

严格控制密封件的质量关，采用渗透率小的密封件，加强设备密封面的加工、组装的质量管理，保证密封良好。同时运行中加强GIS设备压力的监视，发现压力值有异常变化时，应对设备进行详细的检漏，查找设备的泄漏点及时进行消缺，避免水分的侵入。

巡检时认真检查电缆头油系统压力情况，接近0.5bar时及时联系厂家处理，发现油路渗漏时及时消缺。

运行前必须认真检查，保证电缆屏蔽层接地；限压器按规程要求定期试验，及时更换不合格产品。

6 注意事项

1）在设备解体前，需要有以下所需工器具：SF6气体服务车、SF6气体检漏仪、SF6气体水分检测仪、含氧量测定仪、漏点测试仪以及根据要处理的气室容量相应的湿度合格的新SF6气体，另外还有可用的氮气。

2）在GIS室内处理事故时，一定注意好个人的防护。

[1]广西电力工业勘察设计研究院. 广西红水河乐滩水电站工程运行设计报告[J].2008

[2]乐滩电厂运行人员.乐滩电厂GIS运行规程（第二版）[J].2008

[3]乐滩电厂生产技术部.乐滩电厂GIS设备电缆头气室绝缘击穿应急预案[M].2007.