论文部分内容阅读
摘 要：因GIS设备占地面积小、价格逐渐降低，GIS变电站在电力系统中占的比例越来越高。虽然GIS设备发生故障的几率小，但一旦发生事故一般都会造成较严重的后果。该文介绍了一起GIS变电站线路单相接地故障最终却导致220 kV母线全停的事故及其检查处理，分析造成此次事故的主要原因为母线筒内导体插入深度不合要求，并提出了GIS设备现场安装和运行维护方面的若干建议。
关键词：GIS设备 母线全停 事故处理
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（c）-0014-04
Abstract：Because the GIS equipments occupy a limited area and their price has dropped gradually， the proportion of the GIS Substation in the power system is getting higher and higher. The probability of GIS equipments failure is very low. However， once the accident occurred， it will generally result in serious consequences. The thesis aims at demonstrating the single-phase earth fault of the transmission line in the GIS Substation， which results in 220 kV Buses Interrupting Fully. Firstly， the inspection and handling are conducted to analyze the main cause of the accident. It is found that the insertion depth of the conductor in the bus tube fails to meet the standard. Then some suggestions are put forward， including the on-site installation and the operation and maintenance of GIS equipments.
Key Words：GIS； Buses interrupting fully； Accident handling
气体绝缘全封闭组合电器（GIS）因其具有占地面积小，现场安装调试时间短和日常维护工作量小等优点[1]，目前在220kV及以下变电站中广泛使用。相对于分离式敞开设备而言，GIS结构紧凑，各电气元件（主变压器除外）均通过SF6气室相连。故GIS设备一旦发生内部绝缘击穿，事故的影响面可能会扩大，事故处理周期较长，对电网运行的可靠性和稳定性有较大影响[2-3]。为了保证设备的安全稳定运行，GIS设备的产品质量、现场安装工艺和GIS在线监测显得尤为重要。该文分析了一起由220 kV线路的单相接地故障导致220 kVGIS变电站220 kV正副母线全停事故的原因，介绍其处理过程，旨在为此类事故的处理提供借鉴，为GIS设备的施工质量和现场运行及维护积累一定的经验。
1 事故情况介绍
某220 kV变电站GIS是苏州阿海法高压电气开关有限公司的B105-3型产品，于2011年3月投运。220 kV母线采用双母线接线，故障前220 kV侧运行方式为：#1主变、屯上2319线和姆屯4P75线接正母运行（相应副母闸刀均断开）；#2主变、虞屯2318线和姆山4P76线接副母运行；220 kV母联开关合闸运行方式。其具体一次系统接线图如图1所示。220 kVGIS正副母线闸刀动触头位于各自母线侧，正副母线闸刀静触头是导通的，和断路器流变气室母线侧接头构成一个“T”型结构。
2015年6月15日9时20分，屯上2319线B相出现接地故障，屯上2319线路保护正确动作，屯上2319开关B相跳闸。在屯上2319线开关重合闸前，正母母线差动保护动作，220 kV母联开关跳闸，220 kV正母上其他负载全部跳开，正母三相电压为零。通过查阅保护动作情况和故障录波信息，初步判断为屯上2319线B相发生单相故障后，220 kV正母也发生了B相接地故障。现场运维人员将#1主变、屯上2319线和姆屯4P75线冷倒至220 kV副母运行，随后将220 kV正母改为检修，上述操作于当日14时操作完毕。但5 min后，220 kV副母母线差动保护动作，副母上所接负载全部跳开，导致220 kV正副母全停。
2 事故后相关检查及试验
2.1 GIS设备现场检查
现场检查发现姆山4P76线B相正母闸刀气室表计压力为零，其余气室压力未见明显异常，姆山4P76线B相正母闸刀气室防爆膜未见明显异常，初步判断该闸刀气室存在严重泄露。
2.2 故障录波器波形检查
屯上2319线B相接地故障后，相应线路开关跳闸，导致母线系统暂态电压升高，故障录波器显示母线侧B相过电压倍数是1.12倍，屯上2319线B相接地故障电流是19.66 kA，正母母差差动差动电流22.39 kA，副母母差差动差动电流15.90 kA。
2.3 气室的分解物及纯度测试
6月15日对该站220 kV所有气室进行分解物测试。测试结果如下：姆山4P76线B相正母闸刀气室分解物浓度超过测试仪器显示量程；屯上2319开关B相、220 kV母联开关B相、姆屯4P75开关B相、姆山4P76开关B相4个开关气室分解物测试结果如表1，其余气室分解物测试未见明显异常。 次日，对屯上2319开关B相、220 kV母联开关B相、姆屯4P75开关B相、姆山4P76开关B相4个气室进行跟踪测试，测试结果如表2所示。
2.4 故障设备解体检查
在GIS室内对故障的姆山4P76线B相正母闸刀气室进行解体检查，发现：姆山4P76线B相正母闸刀气室内有大量的灰色粉尘，姆山4P76线B相正母闸刀附近的母线导体脱开，姆山4P76线B相正母闸刀附近脱开的母线导体端部烧蚀严重，姆山4P76线B相正母闸刀附近的母线导体脱开部位对伸缩节放电，姆山4P76线B相正母闸刀静触头对外壳放电，姆山4P76线B相正母闸刀气室伸缩节泄漏。解体的部分图片如图2、图3、图4、图5和图6所示。
3 事故原因分析
从气体分解物测试结果来看，两次母线接地故障的气室均是姆山4P76线B相正母闸刀气室。
3.1 屯上2319线B相接地原因分析
屯上2319线路附近有一工地，工地上有个塔吊在施工，塔吊在吊重物的过程中，钢丝绳索断裂，绳索向上弹起，导致屯上2319线B相接地。
3.2 正母失电原因分析
屯上2319线B相接地，接地故障电流19.66 kA。由于安装质量存在问题，在电动力作用下，引发姆山4P76线B相正母闸刀附近的正母导体脱开，脱开距离将近0.5 cm。姆山4P76线B相正母闸刀附近的正母导体脱开后，单相接地故障还未切除，故障电流造成脱开的导体端部被短路电流烧蚀。电弧烧蚀的残留物遗留在气室内，造成气室内气体绝缘性能下降，屯上2319线开关跳闸后，引发B相母线过电压，导致母线对伸缩节放电，导致正母母差保护动作，跳开正母上所有开关。
3.3 副母失电原因分析
姆山4P76线B相正母闸刀气室发生一次接地故障后，气室内SO2和H2S等杂质含量急剧增加，同时气室内产生大量灰色粉尘，导致气室内气体的绝缘性能下降；姆山4P76线B相正母闸刀气室SF6气体在正母接地故障后一直在泄漏，当泄漏到一定时候，气室内气体绝缘性能进一步下降，导致静触头部分不能承受正常运行相电压而发生静触头对外壳放电。因为在同等条件下，姆山4P76线B相正母闸刀断口绝缘水平高于相导体对地的绝缘水平，所以静触头对外壳放电，静触头表面和筒体内壁有明显的烧蚀痕迹也证明了这点，而闸刀断口之间没有放电痕迹。
综上所述，该变电站220 kV正副母全停的直接原因是产品设计或安装过程中出现纰漏，导致导体插入深度过短，导体轴向位移过大，无法承受正常短路电流产生的电动力。
4 下一步的工作建议
对故障的姆山4P76线B相正母闸刀气室，以及B相母线伸缩节和母线筒实施整体更换。近期内安排对上述分解物测试结果偏大的气室进行跟踪测试，若对测试结果有怀疑，可缩短测试周期进行跟踪，必要时也可以借助其他手段（如X射线成像技术）进行确认。加强对运行GIS的带电检测，如气体成份分析、超声波和超高频局放测试[4]。对其他GIS变电站进行隐患排查，核查母线筒内导体长度及连接处插入深度，确保安装质量满足设计图纸要求。
今后对于新建GIS变电站，现场设备安装应制定详细的安装作业指导书。建立健全质量检查体系，对所有紧固件应由现场质检员按标准复检后做上紧固记号，并填好质量跟踪记录。在设备投运前，对母线筒内导体连接处的限位卡箍加强抽检，必要时借助X射线成像技术进行抽查，防止漏装及偏移而引起导体在电动力下发生较大位移；加强伸缩节焊接部位的局部射线检测，确保焊接质量合格。
5 结语
随着电网的发展，GIS变电站在系统中的比例越来越高，GIS设备的安全运行显得尤为重要。通过安装GIS在线监测装置，加强现场施工人员业务培训，提高设备运维人员的技能水平，尽可能减少上述严重事故的发生，保证电网的安全稳定运行。
参考文献
[1] 王伟，张彦，曲文韬.一起500 kV气体绝缘开关闪络事故的处理分析[J].电工电气，2014（10）：34-36.
[2] 李涛，杜晓平，蒋瑞金，等.一起气体绝缘组合电器事故原因分析及建议[J].山东电力技术，2014（1）：42-44.
[3] 王静君，黄瑜珑.一起500 kVGIS隔离开关绝缘闪络的事故分析[J].高压电气，2013，49（9）：119-123.
[4] 白宇涛.GIS设备安装质量控制要点[J].电力自动化设备，2007，27（3）：124-12.
关键词：GIS设备 母线全停 事故处理
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（c）-0014-04
Abstract：Because the GIS equipments occupy a limited area and their price has dropped gradually， the proportion of the GIS Substation in the power system is getting higher and higher. The probability of GIS equipments failure is very low. However， once the accident occurred， it will generally result in serious consequences. The thesis aims at demonstrating the single-phase earth fault of the transmission line in the GIS Substation， which results in 220 kV Buses Interrupting Fully. Firstly， the inspection and handling are conducted to analyze the main cause of the accident. It is found that the insertion depth of the conductor in the bus tube fails to meet the standard. Then some suggestions are put forward， including the on-site installation and the operation and maintenance of GIS equipments.
Key Words：GIS； Buses interrupting fully； Accident handling
气体绝缘全封闭组合电器（GIS）因其具有占地面积小，现场安装调试时间短和日常维护工作量小等优点[1]，目前在220kV及以下变电站中广泛使用。相对于分离式敞开设备而言，GIS结构紧凑，各电气元件（主变压器除外）均通过SF6气室相连。故GIS设备一旦发生内部绝缘击穿，事故的影响面可能会扩大，事故处理周期较长，对电网运行的可靠性和稳定性有较大影响[2-3]。为了保证设备的安全稳定运行，GIS设备的产品质量、现场安装工艺和GIS在线监测显得尤为重要。该文分析了一起由220 kV线路的单相接地故障导致220 kVGIS变电站220 kV正副母线全停事故的原因，介绍其处理过程，旨在为此类事故的处理提供借鉴，为GIS设备的施工质量和现场运行及维护积累一定的经验。
1 事故情况介绍
某220 kV变电站GIS是苏州阿海法高压电气开关有限公司的B105-3型产品，于2011年3月投运。220 kV母线采用双母线接线，故障前220 kV侧运行方式为：#1主变、屯上2319线和姆屯4P75线接正母运行（相应副母闸刀均断开）；#2主变、虞屯2318线和姆山4P76线接副母运行；220 kV母联开关合闸运行方式。其具体一次系统接线图如图1所示。220 kVGIS正副母线闸刀动触头位于各自母线侧，正副母线闸刀静触头是导通的，和断路器流变气室母线侧接头构成一个“T”型结构。
2015年6月15日9时20分，屯上2319线B相出现接地故障，屯上2319线路保护正确动作，屯上2319开关B相跳闸。在屯上2319线开关重合闸前，正母母线差动保护动作，220 kV母联开关跳闸，220 kV正母上其他负载全部跳开，正母三相电压为零。通过查阅保护动作情况和故障录波信息，初步判断为屯上2319线B相发生单相故障后，220 kV正母也发生了B相接地故障。现场运维人员将#1主变、屯上2319线和姆屯4P75线冷倒至220 kV副母运行，随后将220 kV正母改为检修，上述操作于当日14时操作完毕。但5 min后，220 kV副母母线差动保护动作，副母上所接负载全部跳开，导致220 kV正副母全停。
2 事故后相关检查及试验
2.1 GIS设备现场检查
现场检查发现姆山4P76线B相正母闸刀气室表计压力为零，其余气室压力未见明显异常，姆山4P76线B相正母闸刀气室防爆膜未见明显异常，初步判断该闸刀气室存在严重泄露。
2.2 故障录波器波形检查
屯上2319线B相接地故障后，相应线路开关跳闸，导致母线系统暂态电压升高，故障录波器显示母线侧B相过电压倍数是1.12倍，屯上2319线B相接地故障电流是19.66 kA，正母母差差动差动电流22.39 kA，副母母差差动差动电流15.90 kA。
2.3 气室的分解物及纯度测试
6月15日对该站220 kV所有气室进行分解物测试。测试结果如下：姆山4P76线B相正母闸刀气室分解物浓度超过测试仪器显示量程；屯上2319开关B相、220 kV母联开关B相、姆屯4P75开关B相、姆山4P76开关B相4个开关气室分解物测试结果如表1，其余气室分解物测试未见明显异常。 次日，对屯上2319开关B相、220 kV母联开关B相、姆屯4P75开关B相、姆山4P76开关B相4个气室进行跟踪测试，测试结果如表2所示。
2.4 故障设备解体检查
在GIS室内对故障的姆山4P76线B相正母闸刀气室进行解体检查，发现：姆山4P76线B相正母闸刀气室内有大量的灰色粉尘，姆山4P76线B相正母闸刀附近的母线导体脱开，姆山4P76线B相正母闸刀附近脱开的母线导体端部烧蚀严重，姆山4P76线B相正母闸刀附近的母线导体脱开部位对伸缩节放电，姆山4P76线B相正母闸刀静触头对外壳放电，姆山4P76线B相正母闸刀气室伸缩节泄漏。解体的部分图片如图2、图3、图4、图5和图6所示。
3 事故原因分析
从气体分解物测试结果来看，两次母线接地故障的气室均是姆山4P76线B相正母闸刀气室。
3.1 屯上2319线B相接地原因分析
屯上2319线路附近有一工地，工地上有个塔吊在施工，塔吊在吊重物的过程中，钢丝绳索断裂，绳索向上弹起，导致屯上2319线B相接地。
3.2 正母失电原因分析
屯上2319线B相接地，接地故障电流19.66 kA。由于安装质量存在问题，在电动力作用下，引发姆山4P76线B相正母闸刀附近的正母导体脱开，脱开距离将近0.5 cm。姆山4P76线B相正母闸刀附近的正母导体脱开后，单相接地故障还未切除，故障电流造成脱开的导体端部被短路电流烧蚀。电弧烧蚀的残留物遗留在气室内，造成气室内气体绝缘性能下降，屯上2319线开关跳闸后，引发B相母线过电压，导致母线对伸缩节放电，导致正母母差保护动作，跳开正母上所有开关。
3.3 副母失电原因分析
姆山4P76线B相正母闸刀气室发生一次接地故障后，气室内SO2和H2S等杂质含量急剧增加，同时气室内产生大量灰色粉尘，导致气室内气体的绝缘性能下降；姆山4P76线B相正母闸刀气室SF6气体在正母接地故障后一直在泄漏，当泄漏到一定时候，气室内气体绝缘性能进一步下降，导致静触头部分不能承受正常运行相电压而发生静触头对外壳放电。因为在同等条件下，姆山4P76线B相正母闸刀断口绝缘水平高于相导体对地的绝缘水平，所以静触头对外壳放电，静触头表面和筒体内壁有明显的烧蚀痕迹也证明了这点，而闸刀断口之间没有放电痕迹。
综上所述，该变电站220 kV正副母全停的直接原因是产品设计或安装过程中出现纰漏，导致导体插入深度过短，导体轴向位移过大，无法承受正常短路电流产生的电动力。
4 下一步的工作建议
对故障的姆山4P76线B相正母闸刀气室，以及B相母线伸缩节和母线筒实施整体更换。近期内安排对上述分解物测试结果偏大的气室进行跟踪测试，若对测试结果有怀疑，可缩短测试周期进行跟踪，必要时也可以借助其他手段（如X射线成像技术）进行确认。加强对运行GIS的带电检测，如气体成份分析、超声波和超高频局放测试[4]。对其他GIS变电站进行隐患排查，核查母线筒内导体长度及连接处插入深度，确保安装质量满足设计图纸要求。
今后对于新建GIS变电站，现场设备安装应制定详细的安装作业指导书。建立健全质量检查体系，对所有紧固件应由现场质检员按标准复检后做上紧固记号，并填好质量跟踪记录。在设备投运前，对母线筒内导体连接处的限位卡箍加强抽检，必要时借助X射线成像技术进行抽查，防止漏装及偏移而引起导体在电动力下发生较大位移；加强伸缩节焊接部位的局部射线检测，确保焊接质量合格。
5 结语
随着电网的发展，GIS变电站在系统中的比例越来越高，GIS设备的安全运行显得尤为重要。通过安装GIS在线监测装置，加强现场施工人员业务培训，提高设备运维人员的技能水平，尽可能减少上述严重事故的发生，保证电网的安全稳定运行。
参考文献
[1] 王伟，张彦，曲文韬.一起500 kV气体绝缘开关闪络事故的处理分析[J].电工电气，2014（10）：34-36.
[2] 李涛，杜晓平，蒋瑞金，等.一起气体绝缘组合电器事故原因分析及建议[J].山东电力技术，2014（1）：42-44.
[3] 王静君，黄瑜珑.一起500 kVGIS隔离开关绝缘闪络的事故分析[J].高压电气，2013，49（9）：119-123.
[4] 白宇涛.GIS设备安装质量控制要点[J].电力自动化设备，2007，27（3）：124-12.