220 kV 线路非全相运行事故分析

孔 宁，程昭龙

（国网山东省电力公司菏泽供电公司，山东 菏泽 274012）

0 引言

非全相运行对电力系统安全稳定运行有较大影响。电力系统非全相运行，特别是超、特高压输电线路的非全相运行会对发电机和变压器等主要电力设备构成较大威胁。非全相运行状态下产生的零、负序电流和中性点电压漂移，可能导致继电保护误动，还可能导致避雷器长时间承受工频过电压而过载爆炸，发电机长时间承受负序电流导致过热或烧毁，使发、供电企业蒙受较大经济损失。

在以往的电力系统非全相运行事故分析案例中，大多数非全相运行事故是由断路器机械方面或电气方面的故障所致，特别是分相操作机构的断路器，机构失灵引起非全相运行更为常见。事故统计表明，因断路器引起的非全相运行事故占50%以上［1-3］，而针对刀闸机构问题引起的非全相运行的案例则较为少见。

本文就一起由于GIS刀闸机构安装工艺问题引起的220 kV线路非全相运行事故进行了深入分析。由于事故诱因较隐蔽，造成故障定位困难，大大增加了事故分析难度，延长了事故处理时间。因此，应引起发、供电企业专业技术人员的重视。

1 事故经过

220 kV甲乙Ⅱ线及两侧变电站部分主接线图如图1所示，根据调度自动化系统SOE事件记录，按事件先后顺序描述整个事故经过。

2017-05-26T16∶37∶00， 为配合 500 kV 甲站220 kV 2B号母线停电检修，将220 kV甲乙Ⅱ线由热备用转检修，220 kV乙站甲乙Ⅱ线214开关由运行转冷备用。

2017-05-27T00∶20∶00，500 kV 甲站 220 kV 1B号母线检修工作结束，并根据调度指令逐步恢复原运行方式。

2017-05-27T03∶02∶00，220 kV 乙 站 甲 乙Ⅱ 线214开关由冷备用转运行对甲乙Ⅱ线充电，220 kV乙站现场操作和检查一切正常，500 kV甲站现场运行人员反映220 kV甲乙Ⅱ线线路避雷器出现异响，但经检查未发现明显异常。

2017-05-27T03∶35∶00，500 kV 甲站合上 220 kV甲乙Ⅱ线220开关进行合环，随后220 kV甲乙Ⅱ线两侧保护装置发“保护长期启动”告警信号。现场检查发现，500 kV甲站侧操作220开关合环后，甲乙Ⅱ线出现非全相运行情况，A、B、C三相电流严重不平衡，对应一次电流分别为：275.5 A、256 A和3.2 A，且保护装置报出“保护长期启动”告警信息。220 kV乙站现场运行人员立即对甲乙Ⅱ线214开关、214-1、214-2、214-3刀闸机械和电气位置指示进行仔细检查，均未发现明显异常。500 kV甲站检查结果与220 kV乙站基本相同，未发现明显异常。

2017-05-27T06∶00∶00，拉开 500 kV 甲站侧甲乙Ⅱ线220开关，甲乙Ⅱ线“保护长期启动”告警信号随机消失。随后通知220 kV甲乙Ⅱ线所属地市公司对甲乙Ⅱ线进行带电巡线，但带电巡线并未发现断线情况。

2017-05-27T06∶59∶00，遥控拉开 220 kV 乙站侧甲乙Ⅱ线214开关。

2017-05-27T09∶00∶00，运行人员再次对 220 kV乙站甲乙Ⅱ线214开关及刀闸进行检查，仍未发现有任何异常。

2017-05-27T12∶59∶00，220 kV 乙站甲乙Ⅱ线214开关由热备用转冷备用，对线路开关及刀闸等设备进行了进一步检查。

2017-05-27T15∶00∶00， 对甲乙Ⅱ线 214 开关及刀闸进行检查，未发现异常。调取甲乙Ⅱ线214间隔保护装置和故障录波数据后进行分析，除发现甲乙Ⅱ线500 kV甲站220开关合环后大约5个半周波后C相电流由256 A突降为3.2 A，两套纵差保护装置发“保护长期启动”告警信号外，其他未发现任何异常。

图1 220 kV甲乙Ⅱ线及两侧变电站主接线

2 数据分析与GIS解体检查

2.1 故障录波数据分析

为确定220 kV甲乙Ⅱ线出现非全相运行的原因，针对220 kV甲乙Ⅱ线两侧的站内故障录波数据进行了详细分析。

图 2 为 2017-05-27T03∶05∶00，220 kV 甲乙Ⅱ线自220 kV乙站侧空充运行时的故障录波图。从乙站220 kV甲乙Ⅱ线214开关合闸后甲乙Ⅱ线与丙丁线的电压录波图对比可以看出，与正常运行的丙丁线线三相电压波形相比，甲乙Ⅱ线C相电压波形在波峰、波谷处出现了许多不均匀的毛刺和缺口，其零序电压3U0的波形也能反映出C相电压的异常状况。由于乙站220 kV甲乙Ⅱ线的电压取自线路侧三相电压互感器。因此，线路电压波形的异常，能够在一定程度上反映出本间隔存在异常情况。

图 3、 图 4 分别为 2017-05-27T03∶35∶00，220 kV甲乙Ⅱ线合环运行时500 kV甲站和220 kV乙站侧的故障录波图。可以看出在500kV甲站220 kV甲乙Ⅱ线220开关合闸后约5个半周波后甲乙Ⅱ线C相电流几乎降至零，同时出现较大的零序电流，表明出现明显的非全相运行情况。

至此，从220kV甲乙Ⅱ线空充运行和合环运行后的故障录波图可以明显得出结论：220kV乙站设备存在某种异常情况，造成合环后出现非全相运行状态。

图2 220 kV甲乙Ⅱ线空充运行时乙站侧故障录波

图3 220 kV甲乙Ⅱ线合环运行时甲站侧故障录波

图4 220 kV甲乙Ⅱ线合环运行时乙站侧故障录波

2.2 GIS设备试验数据分析

按照220 kV甲乙Ⅱ线故障录波数据分析结论，虽然可以初步判定220 kV乙站设备存在问题，但通过变电技术人员的反复检查并不能定位故障设备和确定故障原因。因此，最终决定对220 kV乙站甲乙Ⅱ线214间隔GIS设备进行停电检查，开展开关机械特性试验、间隔回路电阻测试和间隔气室气体成分分析。

通过GIS设备试验，220 kV甲乙Ⅱ线214间隔开关机械特性试验结果一切正常。将214-D1、214-D2和214-D3接地极短接铜排拆开后，分别自214-D1接地极至214-D2接地极对214间隔开关回路电阻进行测试，自214-D2接地极至214-D3接地极对214-3刀闸回路电阻进行测试，测试结果如表1所示。从回路电阻测试结果可以看出214-3刀闸A相回路电阻偏大，C相回路存在开路情况。

表1 回路电阻测试结果

随后又对214-3刀闸气室的SF6气体进行了取样检测，气体检测结果如表2所示。结果显示SF6气体分解产物SO2和H2S气体含量均严重超标。因此，基本可以判定：220 kV乙站甲乙Ⅱ线214-3刀闸气室C相刀闸导体已经放电烧损，需立即解体检修。

表2 214-3刀闸气室SF6气体分解产物检测结果

2.3 GIS隔离刀闸解体检查

转检修后，对甲乙Ⅱ线214-3隔离刀闸及214-D2接地刀闸进行了解体，解体部位如图5所标注的放电异常位置。发现214-3隔离刀闸C相动、静触头均有明显的烧蚀痕迹，214-D2接地刀闸动、静触头被熏黑，气室内部有大量粉尘，如图6所示。气室壳体内表面无烧蚀痕迹，绝缘子表面无异常。对214-3隔离刀闸的解体检查结果充分印证了214-3刀闸C相导体已经放电烧损的判断。

图5 甲乙Ⅱ线214间隔断面及放电异常部位示意

图6 事故后214-3刀闸和-D2接地刀闸动、静触头

3 设备故障原因深层剖析

220 kV乙站变电工程Ⅰ期于2011-05-10建成投运，220 kV开关设备采用ZF16-252型GIS组合电器。220 kV甲乙Ⅱ线214间隔系2013年Ⅱ期扩建工程中建设，2013-10-15投入运行。发生故障的隔离、接地刀闸静触头通过弹簧箍紧导电触指，保证触指与插入其中的隔离动触头紧密压接，其内部导体装配剖面如图7所示。

图7 故障隔离、接地开关内部导体装配剖面

根据现场设备解体情况，对隔离开关分合闸定位标识进行了精确测量，如图8所示。结果显示A相外拐臂合闸欠位和分闸过位距离约为2 mm，C相外拐臂合闸欠位和分闸过位距离约为3 mm，B相外拐臂分、合闸均无误差。因此，A、C相刀闸合位时分别存在-2 mm和-3 mm的固有误差，再加上电操机构分、合闸时存在约±2 mm的误差，导致A、C相刀闸拐臂可能存在的最大行程误差分别为-4 mm和-5 mm。通过刀闸虚接状态模拟试验知当刀闸外拐臂与定位点差5～6 mm时，刀闸内部动、静触头刚好处于虚接状态。综上，判定此次事故为C相刀闸外拐臂合闸行程误差过大导致动静触头间接触电阻过大，最终导致C相刀闸动、静触头放电烧损。

图8 214-3刀闸分、合闸定位点测量

经分析，A、C相刀闸存在行程误差是由本体相间距变化所造成。图9为刀闸连杆传动机构示意，由于施工人员在Ⅱ期扩建施工对接分支母线时，为保证出线套管的安装位置对应，对三相分支母线的相间距进行了调整，但按照设备厂商要求现场安装人员不得随意改变分支母线相间距离，如有调整，必须重新校准刀闸分合闸定位点，以保证刀闸分合闸充分到位。但实际情况是设备安装人员在对分支母线相间距离调整后，未重新调整刀闸机构连杆长度和对刀闸定位标识进行复核校准，造成刀闸传动外拐臂出现较大行程误差导致事故发生。

图9 214-3刀闸机械连杆传动机构示意

4 结语

对一起由于GIS刀闸机构安装工艺问题引起的220 kV线路非全相运行事故进行了详细分析。根据运行经验，非全相运行事故大多由断路器机械方面或电气方面的故障导致，特别是分相操作机构的断路器，机构失灵引起非全相运行更为常见。但该起由刀闸机构问题引起的非全相运行事故诱因较为隐蔽，造成故障定位困难，增加了现场事故分析难度，延长了事故处理时间。因此，此类非全相运行事故应引起发、供电企业技术人员的重视。在工程建设施工中，应严格把控设备安装工艺，避免类似事件发生，防止造成不必要的经济损耗。