一起500 kV GIS隔离刀闸电源空开异常跳闸的故障分析与消除

摘" 要：针对一起500 kV气体绝缘封闭组合电器（GAS insulated SWITCHGEAR，GIS）隔离刀闸电源空开异常跳闸进行故障分析和消除研究。首先，对空开跳闸异常原因进行全面分析；其次，通过查阅图纸，测量各节点对地绝缘电阻，定位到故障点位于机构箱。经过开箱检查、绝缘电阻测量确认机构箱进水严重，并推断出是二次电缆高于航空插头引起雨水倒灌，导致机构箱内积水严重，铁锈混合雨水导致内部绝缘破坏，现场进行初步处理，防止故障扩大，安排停电计划进行故障元器件更换，更换后故障消除；最后，提出预防GIS发生此类故障的措施。

关键词：气体绝缘封闭组合电器；空开跳闸；绝缘不良；机构受潮；电力系统运行

中图分类号：TM595" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2024）32-0162-04

Abstract： The abnormal circuit breaker trip of a 500 kV gas insulated switch-gear （GIS） was analyzed. First of all， the causes of abnormal air trip are analyzed comprehensively. Secondly， by referring to the drawings， the insulation resistance of each node to the ground is measured and the fault point is located in the mechanism box. After unpacking inspection and insulation resistance measurement， it is confirmed that the watering in the mechanism box is serious， and it is inferred that the secondary cable is higher than the aviation plug， causing rainwater backpouring， thus resulting in serious water in the mechanism box， and the rust mixed rain water leads to the internal insulation damage. The initial treatment was carried out on site to prevent the expansion of the fault， and the power failure plan was arranged to replace the faulty components， and the fault was eliminated after replacement. Finally， the measures to prevent such failure of GIS are put forward.

Keywords： GIS; switch trip; poor insulation; mechanism moisture; power system operation

气体绝缘封闭组合电器（GAS insulated SWITCHGEAR，GIS）因其结构紧凑、占地面积小、易维护、集成度高和导体受环境影响小等优点，在电力系统中得到了广泛应用[1]。隔离刀闸和接地刀闸是GIS中的重要开关设备，在电力系统运行中起到隔离电源、切换线路及保护人身安全的作用。刀闸操动机构作为高压刀闸的主要运动部件，直接驱动刀闸动触头运动实现分、合闸操作，其操作的可靠性直接影响电网运行的稳定性和安全性。本文通过对一起500 kV隔离刀闸电源空开异常跳闸案例进行分析，找出异常原因并消除，最后对GIS隔离刀闸运维检修给出建议。

1" 设备及故障信息

设备信息：刀闸机构型号JWG6A-550，额定电压550 kV，出厂日期2017年4月。

时间及天气信息：2023年7月26日下午，天气多云转阴，前2周该变电站连续多日降雨，晴天较少。

故障信息：运行人员发现某变电站一刀闸电机电源空开跳闸，试合空开后，约1 s即再次跳闸。

2" 故障检查处理

2.1" 空开跳闸原因分析

空开跳闸主要分为2方面的原因：

1）空开通过的电流过大，超过其整定值，空开跳开。电流过大又分为负载过大或发生短路2种情况，短路又以对地短路情况偏多。

2）空开本身损坏，弹簧或其他部件损坏导致无法正常保持合闸。

2.2" 不停电检查处理

7月28日上午，天气小雨转中雨，检修人员前往现场进行不停电检查处理。

首先将空开上下桩头所接导线全部拆除，试合空开，无跳闸情况，由此证明该空开本身机械未发生异常。

随后检查其上下桩头所接导线的回路电阻，检查发现，该空开下桩头接线对地绝缘电阻为4.6 kΩ，上桩头接线对地绝缘电阻为12.1 MΩ。该下桩头接线另一端则接到端子箱的DS1：19，而DS1端子排的19、18、17三个端子短接，测得DS1：19的线绝缘电阻小于4.6 kΩ，这表明3个端子中有对地绝缘不良的情况。为进一步确定3个端子的对地结缘情况，将短接片打开，对3个端子进行分别测量，测量结果见表1。根据行业规则和规范，工作电压为100～500 V的二次回路，绝缘电阻不应低于2 000 kΩ[2]。因此，DS1：19的对地绝缘异常偏低，其余2个端子对地绝缘电阻正常。

翻阅图纸，进一步检查发现，DS1：19是通往该隔离刀闸机构箱C相电机回路的导线（图1），因本次检查为不停电检查，保守测量几个端子的绝缘情况，见表2。表2中，X2为航空插头端子排，XT1为机构箱内端子排，可见航空插头和机构箱内端子排的绝缘性能均已被破坏。

打开机构箱进行检查，开箱过程中机构箱内即有水从箱内往外流出，如图2所示。由此可见箱内已有较深积水。表2" 机构箱绝缘电阻测量情况

开箱后，可见机构箱内底部有较深积水，且积水内有较多铁锈混合物，推测机构箱内原来积水较深，与各元器件浸泡、反应时间较长；机构箱壁、分合闸观察窗均有水汽冷凝而成的水滴，如图3所示。机构箱内虽有加热器，但是因进水过多，泡水后短路损坏，起不到加热除湿的效果。

根据箱内铁锈带痕迹推测，原来积水水位约到箱内高度的1/4到1/3处，如图4所示。

7月28日下午雨势变大，为防止机构箱进一步受潮，检修人员将积水舀出，箱壁水滴擦干，汇报后将机构箱盖板恢复。考虑到该机构箱正面有防雨罩遮挡，进水可能极小，因此对两侧连接处涂防水胶加强密封[3]，如图5所示。

8月2日，天气晴，会同机构箱厂家人员再次进行开箱检查，开箱时箱壁内仍有水滴。征得运行人员同意后，拔开航空插头发现插头内有较多积水，且有泡水痕迹，航插拔出后有水成股流下，如图6所示。

拔下航插后，对机构箱及航插进行风干晾晒处理，2 h后箱内、航插无水汽，此时对航插端子及端子排再次进行绝缘电阻测试，测试结果见表3。可见航空插头内水已蒸发，绝缘性能恢复，而机构箱内绝缘性能仍未恢复，推测是由于元器件各接触点通过铁锈与箱体发生电气连接引起绝缘电阻下降。

在拔开航插的情况下试送电机电源，空开正常工作不跳闸，可判断航插及其线缆对地绝缘还可以满足工作条件。

结合机构箱内泡水痕迹，推测电机已长时间泡水，且其辅助（励磁等）回路各元器件也已长时间泡水，即使空开可正常推上，电机也很可能已损坏无法转动，或者会转动一小段后损坏。初步判断该机构无法电动操作，应当停电更换机构箱，并且应当在停电时进行手动操作。

因本次检查工作为不停电二票工作，不宜对电机及回路进行更进一步检查。

2.3" 进水原因分析与不停电处理

该机构箱正面有箱体+防雨罩双重遮挡，后盖与GIS相连，进水可能性极小，因此较大可能从两侧进水，一边为分合闸指示观察窗，另一边为电缆管路。该机构箱的电缆管路连接如图7所示，其最高点高于插头位置，再考虑到航空插头内积水较多情况，推测是线缆外壁破损，雨水从线缆经过插头流入机构箱。

将该机构箱电缆另一头压入电缆槽盒，尽量压低后进行绑扎，使其最高点低于航空插头，如图7所示。

2.4" 停电处理

10月13日，检修人员手动操作分闸，将设备停电，拉开所有相关电源。将图4水位线以下的元器件都进行了更换，包括故障电机、电阻及其他泡水元器件。对底部渗水、生锈部分做擦拭、除锈处理。处理后测量各节点对地绝缘电阻见表4，均大于规程要求的2 MΩ，可见绝缘性能均已恢复。检修完成后，试合空开，空开不再跳闸，开、断均正常。刀闸电动分合正常，缺陷消除。

3" 总结及建议

辖区内大多数变电站为了防止刀闸误分合，一般都会拉开刀闸电机电源，但是该变电站为满足一键顺控等运行要求，刀闸电机电源是长时投入的，此时机构箱发生进水轻则对地短路空开跳开，严重时甚至会发生刀闸误动作的情况（其他地区发生过先例），因刀闸不具备开断负荷的能力，此时会发生大面积跳闸甚至爆炸等故障。因此，在故障彻底解决前，不应送上该电机电源空开[4]。

本次故障原因判断为机构箱渗水，是二次电缆管走向落差导致。箱内积水已经严重，到处都是水迹，无法从水迹直接判断进水原因。

机构箱内主要电气元器件为电机及其相关辅助回路元器件，均已长时间泡水，继续使用风险大于收益；而各元器件泡水后损坏情况不易测量，可能发生检测时还好，运行时损坏导致强迫停电的情况，考虑供电稳定性，应尽可能进行更换。

对于使用该型号机构箱的其他间隔，应当排查进水情况。今后应当结合日常巡检，对站内及其他站箱体二次电缆管走向进行重点检查；加强新设备入网把关，将新安装投运的箱体电缆管走向作为一项重点验收项目，从源头上杜绝此类情况发生。

对户外箱体防渗水排查时要全面仔细，考虑每月进行一次端子箱、机构箱加热驱潮装置测试，发现不正常时应及时更换[5]。每季度进行一次端子箱、机构箱漏光检查，发现箱体无法密闭、密封条密封不良等情况应及时修复。

4" 结束语

本文对变电站GIS组合电器设备的异常进水情况及故障处理进行了分析阐述，并提出了一系列有效的解决方案和措施，希望能够为变电站设备管理和电力系统的稳定运行提供参考，为该类异常情况提供参考和建议。

参考文献：

[1] 吴星，刘志刚，饶鸿猷，等.GIS组合电器内部放电诊断试验及原因分析[J].江西电力，2022，46（9）：38-42，62.

[2] 国家能源局.输变电设备状态检修试验规程：DL/T 393—2021 [S].北京：中国电力出版社，2022.

[3] 张涛，陈浩.一起220 kV GIS三工位隔离开关故障原因分析[J].高压电器，2023（10）：247-252.

[4] 程实，居艳勇.一起220 kV GIS隔离开关分闸不到位的分析与处理[J].电工技术，2023（5）：200-202.

[5] 宋杰，陈冠彪.浅谈变电站GIS组合电器设备的异常及故障处理方法[J].科技与企业，2012（15）：174.