一起GIS設備內部短路引起主變跳閘的事故分析-科技論文發(fā)表

摘要：電力GIS設備在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應用，GIS是運行可靠性高、維護工作量少、檢修周期長的高壓電氣設備，其故障率只有常規(guī)設備的20%～40%。但GIS也有其固有的缺點，由于SF6氣體的泄漏、外部水分的滲入、導電雜質的存在、玻璃絕緣子老化及安裝工藝等因素影響，都可能導致GIS內部閃絡故障。且GIS的全密封結構使故障的定位比較困難，故障點不易查找，事故后平均停電檢修時間比常規(guī)設備長。所以，盡快的確定故障點是提高事故處理時間的關鍵。
關鍵詞：GIS全封閉設備  故障點查找   故障波形
引言:將SF6斷路器及其他高壓電器元件，按照所需要的電氣主接線安裝在充有一定壓力的SF6氣體的金屬殼體內，所組成的一套設備,簡稱GIS。
GIS設備的優(yōu)點： (1)導電體與金屬接地殼體之間的絕緣距離大大縮小，GIS的占地面積只有常規(guī)設備的百分之幾到百分之二十左右； (2)運行不受自然條件的影響； (3)GIS屬于防爆設備，適合在城市安裝； (4)現(xiàn)場安裝調試工作量小； (5)幾乎無需檢修，維護工作量和年運行費用大為減少 。
GIS設備的主要缺點：一次性投資大，設備安裝精度要求高故障點不易查找，事故后平均停電檢修時間比常規(guī)設備長。
正文：某220kV變電站曾發(fā)生一起由于GIS全封閉設備內部故障引起主變差動保護動作的事故，經(jīng)過如下：2006年8月19日16點28分，該站1#主變差動保護動作，由于該站屬于建站初期，220kV只有一條出線，而主變差動保護高壓側CT接至220kV出線開關CT，該站主變三側開關及220kV唯一出線開關跳閘，造成全站失壓。站用電由備自投裝置自動切換至外接直降變運行。由于該站投運時間不長，事故發(fā)生時，該站主變帶110kV側線路負荷還不到24小時。
該220kV變電站事故前接線方式如圖： 220kV及110kV均為雙母線不帶旁路接線方式，且都為GIS全封閉設備,10kV為普通高壓開關柜。由于處于建站初期，該站只有一臺150MVA變壓器投入運行，220kV僅有一條線路運行于Ⅰ母，220kVⅡ母冷備用。220kV沒有母差保護，主變差動保護接至220kV出線開關CT，以保護220kV母線。110kV雙母線并列運行。
事故發(fā)生后，造成該站全站失壓，由于2#站用變?yōu)橥饨?5kV直降變，所以站用變馬上恢復正常。對站內兩套主變保護裝置進行檢查，確定兩套主變保護差動同時動作，排除了由于保護誤動引起跳閘的可能性。打印故障報告及錄波后便開始進行現(xiàn)場設備的檢查。由于只有差動保護動作，基本可以排除變壓器內部故障，巡視范圍主要集中在主變各側引線至差動CT范圍內，經(jīng)反復檢查，未發(fā)現(xiàn)各側引線及10kV側有明顯故障點。因此懷疑是GIS全封閉設備內部出現(xiàn)短路故障，再而又對220kV母線及出線開關CT、110kV101開關CT以內的各GIS氣室進行了檢查，各氣室壓力均正常，外觀正常，無明顯放電痕跡。到目前為止，一次設備能檢查的各項均已進行了詳細檢查，但仍未找到故障點。
由于對一次設備的檢查無法查找到故障點，筆者再次將各類故障報告進行分析對比。提取出了兩份故障錄波圖的波形比較（如下圖）。從圖中發(fā)現(xiàn)，同樣是主變110kV側的故障錄波波形圖，從110kV故障錄波裝置打印的110kV側波形和主變保護打印的110kV波形有明顯的區(qū)別，一個有明顯的故障電流流過，另一個確沒有故障電流流過。筆者馬上翻閱本站二次圖紙，發(fā)現(xiàn)110kV故障錄波裝置的二次電流是從主變110kV側套管CT接入的。由于本站110kV都是負荷端，所以從兩張故障波形的比較可以判斷故障電流流過了主變110kV側套管CT，但并沒有流過110kV101開關CT。因此，筆者判斷故障點就在這兩個CT之間，而GIS以外的設備已進行了多次檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，所以筆者判斷故障點就在兩個CT之間的GIS設備內，共有兩個氣室，分別為1016#刀閘和主變110kV側避雷器。
 
檢修人員和廠家到達現(xiàn)場后，打開了主變110kV避雷器接至引線處的上蓋，發(fā)現(xiàn)故障點就在這里，由于安裝過程中上蓋下方的一個膠質墊圈脫落，落到引線上，在110kV有負荷電流一段時間后，溫度升高，絕緣擊穿造成氣室內的引線短路從而引起主變差動保護動作跳閘。一次故障點找到后，廠家和檢修人員現(xiàn)場處理完畢，盡快恢復了設備運行。
這類出現(xiàn)在GIS全封閉設備中的短路故障，一般在巡視現(xiàn)場一次設備時幾乎都無法看到具體的故障點。某些情況下可以通過各氣室的氣體壓力值是否明顯降低發(fā)現(xiàn)事故故障點，但如果不是因為壓力降低造成的絕緣破壞出現(xiàn)的短路，就像上述情況，故障點很難從一次巡視中發(fā)現(xiàn)，只有多利用保護和自動裝置的各種信息幫助分析和查找故障類型和故障點。此次筆者是對故障錄波波形的分析比較很快的查找到了故障點，但這取決于一定的運行方式且故障點在特定的位置下才能容易找到到。如果同樣的短路現(xiàn)象如出現(xiàn)在母線上而引起的是母線差動保護動作，可能故障點的查找會相當困難。GIS全封閉母線的氣室太多，一一查找十分費時。如果GIS設備能改進觀察孔，增加觀察孔的數(shù)量和大小，而不影響設備的正常運行，對運行工作將會有很大的幫助。
結論：此次事故時由于GIS設備的安裝過程中出現(xiàn)的問題，造成設備意外脫落搭在GIS設備內的主變110kV側引線上，開始母線雖然帶電，但沒有負荷，引線溫度不高，所以膠墊絕緣沒有擊穿。當110kV系統(tǒng)帶出負荷以后有了負荷電流，引線溫度升高，膠墊絕緣很快就擊穿引起了事故。試想如果負荷大些擊穿的時間應該更短。
根據(jù)相關統(tǒng)計，GIS設備的內部閃絡故障通常發(fā)生在安裝或大修后投入運行的一年內，根據(jù)統(tǒng)計資料，第一年設備運行的故障率為0．53次/間隔，第二年則下降到0.06次/間隔，以后趨于平穩(wěn)。根據(jù)運行經(jīng)驗，隔離開關和盆型絕緣子的故障率最高，分別為30%及26.6%；母線故障率為15%；電壓互感器故障率為11.66%；斷路器故障率為10%；其他元件故障率為6.74%。因此在運行的第一年里，運行人員要加強日常的巡視檢查工作，特別是對隔離開關的巡視，在巡查中主要留意SF6氣體壓力的變化，是否有異常的聲音(音質特性的變化 、持續(xù)時間的差異)、發(fā)熱和異常氣味、生銹等現(xiàn)象。如果GIS有異常情況，必須及時對有懷疑的設備進行檢測。