一起GIS設(shè)備內(nèi)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(shè)備在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用，GIS是運(yùn)行可靠性高、維護(hù)工作量少、檢修周期長(zhǎng)的高壓電氣設(shè)備，其故障率只有常規(guī)設(shè)備的20%～40%。但GIS也有其固有的缺點(diǎn)，由于SF6氣體的泄漏、外部水分的滲入、導(dǎo)電雜質(zhì)的存在、玻璃絕緣子老化及安裝工藝等因素影響，都可能導(dǎo)致GIS內(nèi)部閃絡(luò)故障。且GIS的全密封結(jié)構(gòu)使故障的定位比較困難，故障點(diǎn)不易查找，事故后平均停電檢修時(shí)間比常規(guī)設(shè)備長(zhǎng)。所以，盡快的確定故障點(diǎn)是提高事故處理時(shí)間的關(guān)鍵。
關(guān)鍵詞：GIS全封閉設(shè)備  故障點(diǎn)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(nèi)，所組成的一套設(shè)備,簡(jiǎn)稱GIS。
GIS設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)： (1)導(dǎo)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(shè)備的百分之幾到百分之二十左右； (2)運(yùn)行不受自然條件的影響； (3)GIS屬于防爆設(shè)備，適合在城市安裝； (4)現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試工作量??； (5)幾乎無需檢修，維護(hù)工作量和年運(yùn)行費(fèi)用大為減少 。
GIS設(shè)備的主要缺點(diǎn)：一次性投資大，設(shè)備安裝精度要求高故障點(diǎn)不易查找，事故后平均停電檢修時(shí)間比常規(guī)設(shè)備長(zhǎng)。
正文：某220kV變電站曾發(fā)生一起由于GIS全封閉設(shè)備內(nèi)部故障引起主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的事故，經(jīng)過如下：2006年8月19日16點(diǎn)28分，該站1#主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，由于該站屬于建站初期，220kV只有一條出線，而主變差動(dòng)保護(hù)高壓側(cè)CT接至220kV出線開關(guān)CT，該站主變?nèi)齻?cè)開關(guān)及220kV唯一出線開關(guān)跳閘，造成全站失壓。站用電由備自投裝置自動(dòng)切換至外接直降變運(yùn)行。由于該站投運(yùn)時(shí)間不長(zhǎng)，事故發(fā)生時(shí)，該站主變帶110kV側(cè)線路負(fù)荷還不到24小時(shí)。
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(shè)備,10kV為普通高壓開關(guān)柜。由于處于建站初期，該站只有一臺(tái)150MVA變壓器投入運(yùn)行，220kV僅有一條線路運(yùn)行于Ⅰ母，220kVⅡ母冷備用。220kV沒有母差保護(hù)，主變差動(dòng)保護(hù)接至220kV出線開關(guān)CT，以保護(hù)220kV母線。110kV雙母線并列運(yùn)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(fù)正常。對(duì)站內(nèi)兩套主變保護(hù)裝置進(jìn)行檢查，確定兩套主變保護(hù)差動(dòng)同時(shí)動(dòng)作，排除了由于保護(hù)誤動(dòng)引起跳閘的可能性。打印故障報(bào)告及錄波后便開始進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的檢查。由于只有差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，基本可以排除變壓器內(nèi)部故障，巡視范圍主要集中在主變各側(cè)引線至差動(dòng)CT范圍內(nèi)，經(jīng)反復(fù)檢查，未發(fā)現(xiàn)各側(cè)引線及10kV側(cè)有明顯故障點(diǎn)。因此懷疑是GIS全封閉設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)短路故障，再而又對(duì)220kV母線及出線開關(guān)CT、110kV101開關(guān)CT以內(nèi)的各GIS氣室進(jìn)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(shè)備能檢查的各項(xiàng)均已進(jìn)行了詳細(xì)檢查，但仍未找到故障點(diǎn)。
由于對(duì)一次設(shè)備的檢查無法查找到故障點(diǎn)，筆者再次將各類故障報(bào)告進(jìn)行分析對(duì)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(cè)的故障錄波波形圖，從110kV故障錄波裝置打印的110kV側(cè)波形和主變保護(hù)打印的110kV波形有明顯的區(qū)別，一個(gè)有明顯的故障電流流過，另一個(gè)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(cè)套管CT接入的。由于本站110kV都是負(fù)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(cè)套管CT，但并沒有流過110kV101開關(guān)CT。因此，筆者判斷故障點(diǎn)就在這兩個(gè)CT之間，而GIS以外的設(shè)備已進(jìn)行了多次檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，所以筆者判斷故障點(diǎn)就在兩個(gè)CT之間的GIS設(shè)備內(nèi)，共有兩個(gè)氣室，分別為1016#刀閘和主變110kV側(cè)避雷器。
 
檢修人員和廠家到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)就在這里，由于安裝過程中上蓋下方的一個(gè)膠質(zhì)墊圈脫落，落到引線上，在110kV有負(fù)荷電流一段時(shí)間后，溫度升高，絕緣擊穿造成氣室內(nèi)的引線短路從而引起主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘。一次故障點(diǎn)找到后，廠家和檢修人員現(xiàn)場(chǎng)處理完畢，盡快恢復(fù)了設(shè)備運(yùn)行。
這類出現(xiàn)在GIS全封閉設(shè)備中的短路故障，一般在巡視現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備時(shí)幾乎都無法看到具體的故障點(diǎn)。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(diǎn)，但如果不是因?yàn)閴毫档驮斐傻慕^緣破壞出現(xiàn)的短路，就像上述情況，故障點(diǎn)很難從一次巡視中發(fā)現(xiàn)，只有多利用保護(hù)和自動(dòng)裝置的各種信息幫助分析和查找故障類型和故障點(diǎn)。此次筆者是對(duì)故障錄波波形的分析比較很快的查找到了故障點(diǎn)，但這取決于一定的運(yùn)行方式且故障點(diǎn)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(dòng)保護(hù)動(dòng)作，可能故障點(diǎn)的查找會(huì)相當(dāng)困難。GIS全封閉母線的氣室太多，一一查找十分費(fèi)時(shí)。如果GIS設(shè)備能改進(jìn)觀察孔，增加觀察孔的數(shù)量和大小，而不影響設(shè)備的正常運(yùn)行，對(duì)運(yùn)行工作將會(huì)有很大的幫助。
結(jié)論：此次事故時(shí)由于GIS設(shè)備的安裝過程中出現(xiàn)的問題，造成設(shè)備意外脫落搭在GIS設(shè)備內(nèi)的主變110kV側(cè)引線上，開始母線雖然帶電，但沒有負(fù)荷，引線溫度不高，所以膠墊絕緣沒有擊穿。當(dāng)110kV系統(tǒng)帶出負(fù)荷以后有了負(fù)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(fù)荷大些擊穿的時(shí)間應(yīng)該更短。
根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，GIS設(shè)備的內(nèi)部閃絡(luò)故障通常發(fā)生在安裝或大修后投入運(yùn)行的一年內(nèi)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，第一年設(shè)備運(yùn)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，隔離開關(guān)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(yùn)行的第一年里，運(yùn)行人員要加強(qiáng)日常的巡視檢查工作，特別是對(duì)隔離開關(guān)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(zhì)特性的變化 、持續(xù)時(shí)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(shí)對(duì)有懷疑的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。