一起110kV GIS断路器缺相故障分析与处理
来源:用户上传
作者:
摘要：缺相运行指设备缺少一相或者二相的运行状态。缺相运行对系统的负面影响主要表现：一是缺相产生的负序电流可能引起发电机振动，同时增加附加损耗;二是使变压器三相电流不平衡，可能引起个别绕组过负荷而其余绕组轻负荷;三是引起三相电压不平衡，对用户设备产生不利影响;四是使与电力线路同杆架设的通信线路产生危险的过电压，危及人身、设备安全;五是可能引起继电保护误动作;六是对直接接地系统可能产生跨步电压，危及人身安全;七是系统潮流不能经济分配，引起损耗增大。目前对缺相运行事故的处理，基本上采用直接切除，这可能造成较大的负荷损失。
关键词：110kV;GIS;断路器;缺陷故障;处理;分析
1导言
断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器按其使用范围分为高压断路器与低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kV以上的称为高压电器。断路器可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件。目前，已获得了广泛的应用。电的产生、输送、使用中，配电是一个极其重要的环节。配电系统包括变压器和各种高低压电器设备，低压断路器则是一种使用量大面广的电器。
2故障前运行方式
某110kV GIS站的一次接线其为内桥接线，两条电源进线分别为110kV 151间隔进线及110kV 152间隔进线，10kV为单母分段接线。该变电站事故前正进行解环操作，151断路器、152断路器和110kV内桥112断路器均在合位。此时1#主变压器中性点接地运行，2#主变压器中性点不接地运行，901断路器、902断路器在合位，10kV分段912断路器在分位。
3断路器工作原理
断路器一般由触头系统、灭弧系统、操作机构、脱扣器、外壳等构成。当短路时，大电流（一般10至12倍）产生的磁场克服反力弹簧，脱扣器拉动操作机构动作，开关瞬时跳闸。当过载时，电流变大，发热量加剧，双金属片变形到一定程度推动机构动作（电流越大，动作时间越短）。有电子型的，使用互感器采集各相电流大小，与设定值比较，当电流异常时微处理器发出信号，使电子脱扣器带动操作机构动作。断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。而高压断路器要开断1500V，电流为1500-2000A的电弧，这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭。故灭弧是高压断路器必须解决的问题。吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。低压断路器也称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。低压断路器具有多种保护功能（过载、短路、欠电压保护等）、动作值可调、分断能力高、操作方便、安全等优点，所以被广泛应用。结构和工作原理低压断路器由操作机构、触点、保护装置（各种脱扣器）、灭弧系统等组成。低压断路器的主触点是靠手动操作或电动合闸的。主触点闭合后，自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈和电源并联。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的銜铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触点断开主电路。
4故障查找
4.1SF6分解产物检测
故障发生后，对152断路器气室（152断路器和152断路器TA位于同一气室）开展SF6气体诊断试验，发现152断路器气室SF6分解产物含量异常，其SO2含量为138.6μL/L，H2S含量为131.8μL/L，CO含量为735.5μL/L，远高于H2S、SO2的注意值1μL/L。SO2和H2S是判断GIS等SF6气体设备是否存在放电、过热故障的重要指标，因此从测试结果可以推断，在152断路器气室内发生了严重放电。
4.2解体分析
从前文来看，152断路器缺相是导致此次事故的主要原因，而断路器缺相很有可能是由于合闸不到位引起的。因此，事故发生后，检修和厂家人员首先对152断路器机构箱进行了检查，发现152断路器机构底座紧固螺栓一侧明显松动，另一侧底座紧固螺栓已经完全脱落。从而导致机构底座松动，且存在明显间隙。由于整个机构固定不牢，处于晃动状态，因此，断路器在分合闸过程中，其操动机构会在外力下摇晃，使传动连杆不能准确地将行程传递给动触头，致使断路器触头分合闸行程不够，合闸时动静触头虚接或接触不良;分闸时动静触头又不能有效分开，导致持续燃弧。这不仅无法满足拉开短路电流的运行要求，而且连承载极低负载电流的能力都受到影响。152断路器解体之后，在内部发现有大量的灰色粉末。152断路器C相被电弧击穿导通后，SF6气体在电弧的作用下分解产生H2S、SO2等故障气体，同时产生大量铜蒸汽以及碳化燃烧的粉末，铜蒸汽和碳化粉末从C相故障点向四周扩散，形成游离导电介质，使断路器气室绝缘逐渐降低，并最终导致A、B两相也对外壳/地导通，形成放电通道，故障发展为三相对地短路。由于保护死区，152断路器跳开后并没有消除接地故障，因此距离保护动作跳开152对侧断路器。
5检修处理
揭开该站151断路器机构箱，发现其机构底座螺栓依旧松动，存在分合闸不到位的风险。因此，为安全起见，公司已将其列为家族性缺陷，在公司内部对该厂家生产的该类型GIS设备进行梳理，并安排进行逐一停电排查。未排查的断路器不能再进行分合闸操作。排查时应先拉开对侧站相应间隔的断路器，然后在不带负荷的情况下拉开缺陷断路器，最后依次测试机械特性、低跳特性和回路电阻等。紧固操作机构底座螺栓，并涂覆防松胶，再次复核机械特性、低跳和回路电阻试验，合格后投运。
6结论
此次事故主要是由于断路器机构底座螺母松动造成的，暴露了GIS设备在出厂、安装、验收和运维等环节中存在的诸多问题，可采取以下措施加以改善。一是该变电站一次部分采用典型的内桥结构，其110kV母线未安装母线TV，靠两组110kV线路侧TV监视110kV母线电压，虽节约了投资，但暴露出在断路器、刀开关合不到位时，无法有效监视母线电压的弊端。建议对于受端GIS变电站设置独立的母线TA，以监测线路断路器、刀开关是否合闸到位，确保线路电压送到110kV母线上。二是GIS设备免维护是相对的，由于断路器、刀开关分闸和合闸操作会对从操动机构到罐内导体的一系列连接的传动部分产生较大冲击力，经过多次操作，累积效应可能会使螺栓松动，部件发生变形、松动或脱落。应加强日常维护，对操动机构、传动连杆定期检查。三是加强GIS设备的出厂、安装和验收管理，防止“带病”设备入网。四是运维人员对GIS设备进行倒闸操作后，必须认真核查断路器、隔离断路器在各处的位置指示是否一致，同时，还要核实各相的电压电流信号是否正常。
参考文献：
[1]薛婷，颛孙海红，徐风华.控制柜断路器辅助工具的研制与应用[J].科技与企业，2013（21）：281.
[2]韩厚华.高压真空断路器缺相故障分析研究[J].科技传播，2013，5（11）：49+48.
[3]张永文，莫均全.带变压器一次侧缺相保护的低压塑壳断路器[J].低压电器，2013（10）：10-13+18.
[4]董学武.高压真空断路器缺相故障分析研究[J].山东电力技术，2006（04）：52-54.
[5]吴兴锦，李广兵.浅谈漏电断路器在三相电动机缺相电路中的应用[J].长沙航空职业技术学院学报，2005（04）：54-56.
[6]王伟.220kV主变断路器缺相运行浅析[J].上海电力，2000（06）：49-53+58.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14973843.htm
