一起500kV GIS隔离开关内部放电故障分析及处理

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

一起500kV GIS隔离开关内部放电故障分析及处理

侯俊宏

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

本文以一起500kV GIS隔离开关放电故障为例，从事故发生、应急处置、抢修方案、原因分析等方面进行了详细的介绍。针对该故障合理紧凑的安排检修工作、严格检修过程管控、保证设备的检修质量，确保设备安全稳定运行。最后,为防止发生同类型故障提出了相应的特维方案,以进一步提高设备的安全可靠运行水平。

GIS隔离开关 内部放电 故障分析 处理措施 特维方案

气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear，GIS)以其结构紧凑、占地空间小、维护工作少等优点在电力系统得到广泛的应用。但也存在一系列问题，如当GIS设备内部出现故障，事故影响范围大，处理周期长，影响电力系统安全稳定运行。针对GIS内部放电故障，目前已开展了超声、特高频局放检测、红外测温以及气体组分检测等多种带电检测手段，发现了多起典型案例，但由于多数放电具有瞬时性和复杂性等特点，故障发生前很难有效地检测出来，如何避免GIS设备事故、发生突发性事故时如何快速有效地处置，受到电力系统运行维护和技术管理人员日益广泛的关注。

本文以某水电站一起500kVGIS隔离开关内部放电故障为例，从事故发生、应急处置、抢修方案、原因分析、特维方案等方面进行了详细的介绍。为此类事故的处理提供借鉴，为GIS设备的运行维护积累经验。

1 事故概况

2017年01月19日20时52分，某水电站4号机组检修结束后，开机前做4号机保护装置整组传动试验过程中，执行500kV线路“5002”开关由运行转冷备用操作，断开50021刀闸后276ms，发生500kV线路光纤差动保护跳闸(第1套保护)、线路纵联距离保护跳闸(第2套保护)，导致500kV开关站5001开关B相重合闸动作加速跳开5001开关A、B、C三相，导致全厂对外送电全停。

2 应急处理

事故发生后，成立了以生产副总为组长的应急处理小组，进行一系列的工作部署，各部门人员迅速响应，运行人员首先将厂用电倒换至两路外来用电确保厂房各辅助公用设备运行正常，并对现场设备进行巡视检查。设备管理人员立即组织人员仪器对相关设备进行检测分析，力争第一时间找到故障点。

2.1 现场检查

检查500kV 1号线路保护装置光纤差动保护动作，1号线路距离保护跳闸；检查500kV线路甲开关5001B相保护跳闸；检查500kV线路甲开关5001重合闸动作；检查500kV线路甲开关5001三相跳闸；检查2号发电机在“空载”态；检查500kV开关站故障录波显示故障点在94.5km,线路总长94.6km；检查1、2、3号机组故障录波启动；检查GIS局放监测系统未报警信息；检查GIS设备外观无异常，密度继电器压力及气室防爆膜正常；检查GIS避雷器放电计数器未动作；检查500kV出线场一次设备外观无异常、避雷器放电计数器未动作；检查500kV出线场至2号塔线路无异常。

根据上述检查结果结合故障录波图形可以初步断定，50021刀闸B相内部可能存在故障，需进一步排查。

2.2 检查测试

(1)测试50021刀闸绝缘电阻及50021刀闸回路电阻未见异常；

(2)为进一步确认50021刀闸B相内部情况，将气室观察孔打开，发现气室内部吸附剂挡板掉落且壳体内部有放电痕迹，初步分析吸附剂挡板及吸附剂袋在50021隔离刀闸分闸操作时掉落，引起隔离刀闸内部绝缘强度降低，导体对壳体沿着低绝缘电场形成放电通道，发生放电故障。需将故障刀闸返厂解体进行分析发生放电的具体原因。

3 抢修方案

根据上述检查及现场情况，设备技术人员决定将50021B相刀闸故障机构进行整体更换，编制故障检修管理方案以及相关启动试验方案，并联系设备厂家、技术服务单位、检修施工单位第一时间到达现场，同时要求设备厂家将处理所需的设备、材料、工器具、人员等所有必需品配备齐全。

3.1 刀闸故障机构处理方案

(1)办理相关检修工作票，对作业现场进行提前规范布置，做好相应防护措施，准备好所需的备品备件、材料、工器具等；

(2)首先对50021B相故障气室的气体回收进行无公害处理，对相邻需要开仓的气室气体进行回收，不需要开仓的相邻气室压力降至0.2MPa；

(3)拆除故障机构的三相联动装置，拆除B相上下母线间支架，上母线+辅助支架；增加临时母线辅助支撑，压缩波纹管，取出波纹管连接导体，整体拆除母线+50021B相装置，左侧拆解密封面用塑料布包扎密封保管。对50021B相气室CT装置内部清理(用吸尘器清理内部污染物，用防尘纸、无水酒精清洗壳体、导体及盆子)，最后对CT装置密封保管；

(4)整体更换50021B相机构装置，确保并检查吸附剂挡板安装到位；

(5)倒序安装母线+50021B相机构装置，恢复运行时的结构及连接三相联动装置，检查机构动作正常，分合到位；

(6)检查更换相关气室的吸附剂；

(7)对降至0MPa的气室进行抽真空处理，对各气室气密性检查合格后，注检验合格的SF6气体至额定压力，其余降压气室补充到额定压力。

3.2 刀闸处理后试验方案

按照上述方案拆解、更换、对接、抽真空、充气、调试工作结束后，由试验人员进行如下工作：

(1)气室检漏：使用SF6气体检漏仪对所涉及法兰接合面进行检查，未发现漏气现象；

(2)微水测试：对所涉及的气室充气至额定压力，静置24h后进行微水测试,断路器气室微水小于150ppm,其余气室均小于250ppm,数据合格；

(3)回路电阻测试：对所涉及测量的回路电阻，与厂家产品试验报告，无明显差别，数据合格；

(4)套管试验：对所涉及的空气/SF6出线套管B相进行了绝缘、介损及电容量测试，数据合格；

(5)耐压试验：从空气/SF6出线套管B相进行交流耐压试验，加压程序分为4个阶段进行，在试验过程中未发生放电击穿现象，局部放电量小于5PC，耐压绝缘电阻测试，试验数据符合相关标准、规程。

各项试验完成后，拆除试验接线，恢复所有电流互感器二次绕组短接线及亭中线出线套管B相、C相引线，B相、C相避雷器均压环及导线恢复。50021B相刀闸故障处理完成，进行现场清理，全面检查恢复设备运行。

3.3 现场处理过程中需要注意以下问题

(1)作业环境要求：浮动粉尘小于20CPM(0.2mg/m3)；相对湿度小于70%，保持室内空气流通；

(2)故障气体回收：应将故障气体回收进行无害处理，严禁直接排放至大气；

(3)吸附剂的更换：不能在雨中或湿度大于80%时更换；吸附剂从密封装置中取出到装入设备，在大气中暴露时间应尽量缩短，一般不超过15min，安装好后应立即对该设备气室抽真空；

(4)抽真空及充SF6气体：当各气室抽真空到真空度达到40Pa，保持4h，真空度回升不超过133Pa,认为抽真空合格同时继续抽2h～3h，充分利用真空状态气化设备内的水分。抽真空结束后以缓慢的速度把SF6气室气体充至额定压力；

(5)耐压试验：耐压试验前必须把GIS耐压回路上所有电流互感器的二次绕组抽头短路并接地，同时将非试设备断开并可靠接地，注意与其他设备的距离符合要求。

4 故障具体原因分析

为进一步查找故障原因，将故障刀闸返厂进行解体发现内部如下情况：

(1)动、静触头间有明显的放电痕迹；

(2)检查壳体内表面，发现有明显的放电痕迹；

(3)解体检查吸附剂部件，吸附剂挡板脱落，卡子已损坏且有放电痕迹。

根据以上检查结果推测：50021B相装置在动作过程中，壳体内部因受某些媒介的作用，导体与壳体间形成了低绝缘电场的通道，引发放电故障。存在放电媒介的可能原因有以下几个方面：

第一，刀闸壳体内壁面涂层内存在异物附着，初期耐压试验无法检测到，在强电场多次作用下(持续局放)，最终引发放电现象；

第二，吸附剂挡板因不当安装而受损，在刀闸动作冲击力的作用下脱落，导致刀闸内部绝缘强度降低，引起放电现象；

第三，在制作安装过程中，有异物隐藏于触头内部或其连接部位。触头在动作过程中，异物被带出并附着在动触头表面，最终在强电场作用下导致放电现象。

5 特殊维护方案

为防止此类事故再次发生，现有针对性地提出如下措施：

(1)对同类型的GIS隔离、接地开关气室进行隐患排查，同时针对吸附剂装置结构设计不合理，存在安全隐患，要求厂家提供新型吸附剂装置进行更换，防止出现掉落风险，在未彻底处理前定期检查各气室吸附剂装置情况；

(2)加强GIS设备巡回检查力度，检查SF6气室压力、局部放电在线测试数据等，定期开展维护检查工作，保证设备运行状态良好；

(3)开展带电检测技术工作，如红外测温检测、运行电压下局部放电测试、气室中SF6分解产物及微水测试等项目，统计不同时期的试验数据，分析趋势变化，准确判断设备运行状态，及时发现缺陷并制定针对性的处置方案，防止故障扩大，保证设备安全稳定运行。

6 结论

此类GIS电气设备发生内部放电故障，故障轻者发生闪络，重者导致壳体炸裂，本次事故从发生到恢复送电共耗时126h，暴露出GIS设备事故影响范围大，处理周期长，严重危害人身安全及设备安全稳定运行的特点。因此，结合此次故障，从事故发生、应急处置、抢修方案、原因分析、特维方案等方面进行了详细的介绍，为同类型故障处理有很好的借鉴参考意义，同时在运行过程中应加强GIS设备的带电检测技术工作，确保设备的安全稳定运行。

〔1〕Q/CDT107001-2005，电力设备交接和预防性试验规程[S].

〔2〕45-DLT618-2011，气体绝缘金属封闭开关设备现场交接试验规程[S].

〔3〕刘洪正,曲文韬,王 伟.一起500kV GIS设备闪络事故的处理分析[C].全国电网企业设备状态检修技术交流研讨会论文集，2012.

〔4〕郭 雷,张海杰,陈仁刚，等.一起220kV GIS设备内部放电故障分析及处理措施[J].电气技术，2016，17(1)：127-130.

TM564.1

A

2095-1809(2017)06-0031-03

侯俊宏(1985-)，男，四川南充人，本科，电气工程师、电气试验技师、二级机电工程建造师，从事绝缘监督工作。