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气体绝缘金属封闭开关设备接地开关短路事故分析

文档作者: 卢启付 李兴旺 程养春 谢志扬 金向朝        文档来源: 1.广东电网公司电力科学研究院 2.华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室 广东电网公司佛山供电局,广东佛山528000)
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第24卷第11期 2011年11月 广东电力 GUANGDONG ELECTRlC P0WER Vo1.24 NO.11 NOV.2011 气体绝缘金属封闭开关设备接地开关短路 事故分析 卢启付 ,李兴旺 , (1.广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080; 广东电网公司佛山供电局,广东佛山528000) 程养春。,谢志扬。,金向朝。 2.华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,北京102206;3 摘要:以一起气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulator switchgear,GIS)接地开关短路事故为例,分析事故发生 的原因是隔离开关气室内金属异物在电场力和机械振动的作用下, 引起盆式绝缘子沿面放电,导致绝缘破坏; 在重合闸过程中,盆式绝缘子再次发生放电,电弧在气流的作用下,引起隔离开关静触头屏蔽罩与筒壁发生短 路,强大的电流导致屏蔽罩烧熔。由此判断厂内装配环境控制不严格以及金属异物等杂质严重威胁着GIs的安 全。提出相关建议,即加强对GIS生产过程的控制,保证GIS内部清洁;同时,要加强对运行中的GIS的局部 放电检测,对存在局放信号的GIS设备及时进行检查,以确保电网安全稳定运行。 关键词:气体绝缘金属封闭开关设备;隔离开关;短路事故;装配清洁度 中图分类号:TM59 文献标志码:B 文章编号:1007—29OX(2011)11—0106-03 Analysis on Short Circuit Accident of Earthing Switch of Gas Insulated Metal—enclosed Switchgear Lu Oi—fu ,LI Xing—wang ,CHENG Yang—chun2,XIE Zhi-yan ,J IN Xiang-chao3 (1.Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Corp.,Guangzhou,Guangdong 510080,China;2.State Key Laboratory of Power System with Renewable Energy Sources,North China Electric Power University,Beijing 102206, China;3.Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corp.,Foshan,Guangdong 528000,China) Abstract:The paper takes a short circuit accident of earthing switch of gas insulated metal-enclosed switchgear as an example to analyze that it is caused by discharge on the verge of cone type insulator resulting from metal objects in the chamber under the action of electric field force and mechanical vibration,which breaks the insulation.During the reclosing,the cone type discharges once more,which causes short circuit between shielded enclosure of fixed contact and tunnel wall under the action of airflow—affected electric arc,and shielded enclosure iS consequently burnt out by heavy current.It iS iudged that inexact installation environment and impurity such as metal objects severely threaten safety of GIS.It also puts forward suggestions like strengthening control of GIS production and keeping the interior of GIS clean.In the meantime,importance of PD test should be attached to and GIS with PD signals should be examined in time to ensure safe and stable operation of grid. Key words:G1S;disconnecting switch;short circuit accident;installation cleanness 气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulator switchgear,GIS)是将断路器、隔离开关、接地开 关、电压和电流互感器、避雷器、套管(电缆终 端)、母线等元件直接连接在一起,封装在充有一 定压力的SF 气体的接地金属外壳内而形成的设 收稿日期:201i-07—20 基金项目:973项目资助(2009CB724508) 备。GIs由于具有运行可靠、占地面积少、经济性 能高等优点,越来越多地被电网所采用_1]。 GIS的绝缘介质是SF 气体,其内部绝缘击穿 电压与电场的均匀程度、极性、间隔距离、气体压 力等因素有关。在设计GIS的内部电极结构时, 为了保证GIS内部的电场均匀性,要求带电体与 外壳之间使用同轴圆柱体结构,即稍不均匀电场结 构;内部电极要呈圆弧型,不能有突起或棱角,并 第11期 卢启付,等:气体绝缘金属封闭开关设备接地开关短路事故分析 107 要加装均压罩进行屏蔽;安装时也不能有划痕和凹 凸不平之处。 GIS存在的一些缺陷通常不易被发现,但在开 关操作或静电力的作用下,异物碎屑的移动、触头 烧损、螺丝松动、结合不到位、结构变形、绝缘老 化等都会对GIS的安全稳定运行造成严重影 响l2 j。本文以1起电网GIS短路事故为例,通过 解体分析,探明事故发生的过程和缘由,并根据原 因有针对性地提出反事故措施。 1 故障过程 2011年5月,某变电站220 kV GIS隔离开关 气室发生短路故障,故障气室结构如图1所示。保 护动作跳开U相开关,重合闸后,保护再次动作 跳开三相开关,没有负荷损失。事件发生后,立即 对故障气室的气体分解物成分进行检验分析。检验 分析结果证实气室内存在二氧化硫和硫化氢等气体 成分,因此判定气室内部存在放电故障。录波信息 显示,首次故障持续时间为56 ms,波形第1周期 短路电流周波为19.5 kA,第2周期短路电流周波 为23.6 kA;0.8 S后重合,再次故障持续时间为 68 ms,第1周期短路电流周波为22.7 kA,第2 周期短路电流周波为20.5 kA。 电流 互感 器上 侧 出 线 侧 1一绝缘盆子基座;2一绝缘盆子;3一开关操作绝缘拉杆;4一支 撑绝缘子;5一接地开关操作机构;6一隔离开关操作机构;7 静 触头屏蔽罩;8一接地开关动触头;9 接地开关静触头。 图1 隔离开关气室简化结构 2 解体检查情况 解体检查发现:u相气室内存在大量白色粉 末,烧蚀现象严重,V相气室内设备完好,如图2 所示;盆式绝缘子沿面烧黑,基座处有明显放电烧 蚀痕迹,如图3所示;内壳壁与盆式绝缘子连接处 有放电痕迹;线路侧接地开关静触头屏蔽罩上半部 分烧熔,其固定螺栓完好,接地开关静触头触指和 抱紧弹簧完好,如图4所示;接地开关动触头及其 屏蔽罩完好,动触头有轻微灼烧痕迹,动触头屏蔽 罩也有灼烧痕迹。 图2 线路侧隔离开关气室 图3盆式绝缘子及烧蚀严重的基座 图4 u相闸静触头屏蔽罩与完好屏蔽罩比较 3 故障原因 录波图显示保护动作正确。从现场解体情况可 看出,静触头屏蔽罩和盆式绝缘子底座均有明显的 放电痕迹,且烧蚀情况较严重。 3.1 盆式绝缘子底座放电原因 分析认为:盆式绝缘子表面或其附近区域 有杂质,在电场力及机械振动的作用下,这些 广东电力 第24卷 杂质位置发生变化,导致局部电场畸变,引起 盆式绝缘子沿面放电。故障气室的盆式绝缘子 为垂直布置,其下沿面与金属法兰交界处易收 集杂质,在运行电压的电场力及机械振动的作 用下,这些杂质位置发生变化。当其处于电场 敏感区,如盆式绝缘子下沿面靠近法兰根部, 方向若与电力线的方向垂直时,表现为可移动 颗粒的局部放电。当条状金属异物的方向变为 与电力线有一定夹角或完全平行于电力线时, 此处的电场分布集中,金属条状异物表现为尖 端局部放电,且放电发展为平行于电力线的方 向缓慢爬行;随着局部放电的积累,放电爬行 的长度加长,尖端效应更严重,电场更集中, 局部放电更厉害,最终导致盆式绝缘子沿面闪 络,形成对地短路故障。条状金属异物的方向 变化如图5所示。 (a)条状金属异物 (b)条状金属异物 垂直于电力线 平行于电力线 图5 条状金属异物的方向变化情况 3.2 线路隔离开关静触头屏蔽罩烧熔原因 盆式绝缘子沿面闪络,在短路过程中会产 生大量金属蒸气和杂质气体,并且大面积覆盖 到盆式绝缘子的沿面和基座上,其表面的绝缘 强度被破坏。由于绝缘子的一端是封闭的,短 路时产生的金属蒸气和杂质气体除了附着在盆 式绝缘子的沿面和基座上,还会漂移到接地开 关断口处,附着在动触头和静触头的屏蔽罩上, 导致动触头和屏蔽罩之间气体的绝缘强度大幅 度下降。重合闸后,绝缘性能被破坏的盆式绝 缘子表面再次起弧,由于电弧具有不稳定性, 在气流的作用下,电弧由盆式绝缘子上沿面沿 气流方向漂移到绝缘强度已大幅下降的接地开 关断口问,并在接地开关的动触头和静触头屏 蔽罩之间燃烧,导致屏蔽罩被烧熔。动触头为 铜钨合金材料制成,其耐烧性能较高;动触头 屏蔽罩厚度为3 mm,而静触头屏蔽罩厚度为1 mlTl~ 因此动触头及其屏蔽罩完好,而静触头屏蔽罩被烧 熔。 4 结束语 此次GIS隔离开关气室短路事故的原因是: 气室内部存在金属异物,在电场力和机械振动的作 用下引发盆式绝缘子沿面放电,导致气室内绝缘被 破坏。在重合闸的过程中,盆式绝缘子沿面再次放 电,电弧在气流作用下向隔离开关移动,导致隔离 开关静触头与简体发生短路,强大的短路电流很快 将1 mm厚的不锈钢屏蔽罩熔化。 该线路的隔离开关气室在厂内车间组装完成 后,整体运到变电站现场,不需要再进行现场安 装,因此本次故障是因厂家设备制造工艺把关不严 而造成。由于装配清洁度不足,导致运行中的GIS 设备发生短路事故,严重威胁了电网的安全运行, 所以生产厂家必须加强对GIS生产过程的控制, 提高作业环境质量,保证GIS内部清洁。要加强 对运行中的GIS设备的局部放电检测,及时检查 存在局放信号的GIS设备,确保电网安全稳定运 行。 参考文献: [1]王森,孙强,卢江平,等.GIS变电站特快速暂态过电压研究 的技术现状LJ].陕西电力,2009,37(6):53—58. WANG Sen,SUN Qiang,LU Jiang-ping,et a1.Technology Status of Very Fast Front Transient Voltage Study in GISU]. Shaanxi Electric Power,2009,37(6):53.58. [2]李亚峰,王纯.G1S设备在陕西电力系统中的应用Lj].陕西 电力,2009,37(2):79—81. LI Ya-feng, WAN G Chun. Application of GIS Device in Shaanxi Power System[J].Shaanxi Electric Power.2009.37 (2):79.81. [3]林莘.现代高压电器技术[M].北京:机械工业出版社, 2002 LIN Xin Technology of Modern High Voltage Appliance [M].Beijing:China Machine Press,2002. 1-4]罗学垛.SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS)[M].北京:中 国电力出版社,199B. LUO Xue—shen.Gas Insulated Switchgear(GIS)of SF6[M]. Beijing:China E1ectric Power Press,199B. 作者简介:卢启付(1974一),男,山西大同人。电力工程师,工 学硕士,从事高压电气设备试验及绝缘诊断技术研究工作。
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