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氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備接地開關(guān)短路事故分析

文檔作者：盧啟付李興旺程養(yǎng)春謝志揚金向朝文檔來源： 1．廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院 2．華北電力大學(xué)新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東佛山528000)		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月10日
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第24卷第11期
2011年11月
廣東電力
GUANGDONG ELECTRlC P0WER
Vo1．24 NO．11
NOV．2011
氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備接地開關(guān)短路
事故分析
盧啟付 ，李興旺 ，
(1．廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，廣東廣州510080；
廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東佛山528000)
程養(yǎng)春。，謝志揚。，金向朝。
2．華北電力大學(xué)新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室，北京102206；3
摘要：以一起氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(gas insulator switchgear，GIS)接地開關(guān)短路事故為例，分析事故發(fā)生
的原因是隔離開關(guān)氣室內(nèi)金屬異物在電場力和機械振動的作用下， 引起盆式絕緣子沿面放電，導(dǎo)致絕緣破壞；
在重合閘過程中，盆式絕緣子再次發(fā)生放電，電弧在氣流的作用下，引起隔離開關(guān)靜觸頭屏蔽罩與筒壁發(fā)生短
路，強大的電流導(dǎo)致屏蔽罩燒熔。由此判斷廠內(nèi)裝配環(huán)境控制不嚴格以及金屬異物等雜質(zhì)嚴重威脅著GIs的安
全。提出相關(guān)建議，即加強對GIS生產(chǎn)過程的控制，保證GIS內(nèi)部清潔；同時，要加強對運行中的GIS的局部
放電檢測，對存在局放信號的GIS設(shè)備及時進行檢查，以確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
關(guān)鍵詞：氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備；隔離開關(guān)；短路事故；裝配清潔度
中圖分類號：TM59 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：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．，F(xiàn)oshan，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
氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(gas insulator
switchgear，GIS)是將斷路器、隔離開關(guān)、接地開
關(guān)、電壓和電流互感器、避雷器、套管(電纜終
端)、母線等元件直接連接在一起，封裝在充有一
定壓力的SF 氣體的接地金屬外殼內(nèi)而形成的設(shè)
收稿日期：201i-07—20
基金項目：973項目資助(2009CB724508)
備。GIs由于具有運行可靠、占地面積少、經(jīng)濟性
能高等優(yōu)點，越來越多地被電網(wǎng)所采用_1]。
GIS的絕緣介質(zhì)是SF 氣體，其內(nèi)部絕緣擊穿
電壓與電場的均勻程度、極性、間隔距離、氣體壓
力等因素有關(guān)。在設(shè)計GIS的內(nèi)部電極結(jié)構(gòu)時，
為了保證GIS內(nèi)部的電場均勻性，要求帶電體與
外殼之間使用同軸圓柱體結(jié)構(gòu)，即稍不均勻電場結(jié)
構(gòu)；內(nèi)部電極要呈圓弧型，不能有突起或棱角，并
第11期 盧啟付，等：氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備接地開關(guān)短路事故分析 107
要加裝均壓罩進行屏蔽；安裝時也不能有劃痕和凹
凸不平之處。
GIS存在的一些缺陷通常不易被發(fā)現(xiàn)，但在開
關(guān)操作或靜電力的作用下，異物碎屑的移動、觸頭
燒損、螺絲松動、結(jié)合不到位、結(jié)構(gòu)變形、絕緣老
化等都會對GIS的安全穩(wěn)定運行造成嚴重影
響l2 j。本文以1起電網(wǎng)GIS短路事故為例，通過
解體分析，探明事故發(fā)生的過程和緣由，并根據(jù)原
因有針對性地提出反事故措施。
1 故障過程
2011年5月，某變電站220 kV GIS隔離開關(guān)
氣室發(fā)生短路故障，故障氣室結(jié)構(gòu)如圖1所示。保
護動作跳開U相開關(guān)，重合閘后，保護再次動作
跳開三相開關(guān)，沒有負荷損失。事件發(fā)生后，立即
對故障氣室的氣體分解物成分進行檢驗分析。檢驗
分析結(jié)果證實氣室內(nèi)存在二氧化硫和硫化氫等氣體
成分，因此判定氣室內(nèi)部存在放電故障。錄波信息
顯示，首次故障持續(xù)時間為56 ms，波形第1周期
短路電流周波為19．5 kA，第2周期短路電流周波
為23．6 kA；0．8 S后重合，再次故障持續(xù)時間為
68 ms，第1周期短路電流周波為22．7 kA，第2
周期短路電流周波為20．5 kA。
電流
互感
器上
側(cè)
出
線
側(cè)
1一絕緣盆子基座；2一絕緣盆子；3一開關(guān)操作絕緣拉桿；4一支
撐絕緣子；5一接地開關(guān)操作機構(gòu)；6一隔離開關(guān)操作機構(gòu)；7 靜
觸頭屏蔽罩；8一接地開關(guān)動觸頭；9 接地開關(guān)靜觸頭。
圖1 隔離開關(guān)氣室簡化結(jié)構(gòu)
2 解體檢查情況
解體檢查發(fā)現(xiàn)：u相氣室內(nèi)存在大量白色粉
末，燒蝕現(xiàn)象嚴重，V相氣室內(nèi)設(shè)備完好，如圖2
所示；盆式絕緣子沿面燒黑，基座處有明顯放電燒
蝕痕跡，如圖3所示；內(nèi)殼壁與盆式絕緣子連接處
有放電痕跡；線路側(cè)接地開關(guān)靜觸頭屏蔽罩上半部
分燒熔，其固定螺栓完好，接地開關(guān)靜觸頭觸指和
抱緊彈簧完好，如圖4所示；接地開關(guān)動觸頭及其
屏蔽罩完好，動觸頭有輕微灼燒痕跡，動觸頭屏蔽
罩也有灼燒痕跡。
圖2 線路側(cè)隔離開關(guān)氣室
圖3盆式絕緣子及燒蝕嚴重的基座
圖4 u相閘靜觸頭屏蔽罩與完好屏蔽罩比較
3 故障原因
錄波圖顯示保護動作正確。從現(xiàn)場解體情況可
看出，靜觸頭屏蔽罩和盆式絕緣子底座均有明顯的
放電痕跡，且燒蝕情況較嚴重。
3．1 盆式絕緣子底座放電原因
分析認為：盆式絕緣子表面或其附近區(qū)域
有雜質(zhì)，在電場力及機械振動的作用下，這些
廣東電力 第24卷
雜質(zhì)位置發(fā)生變化，導(dǎo)致局部電場畸變，引起
盆式絕緣子沿面放電。故障氣室的盆式絕緣子
為垂直布置，其下沿面與金屬法蘭交界處易收
集雜質(zhì)，在運行電壓的電場力及機械振動的作
用下，這些雜質(zhì)位置發(fā)生變化。當(dāng)其處于電場
敏感區(qū)，如盆式絕緣子下沿面靠近法蘭根部，
方向若與電力線的方向垂直時，表現(xiàn)為可移動
顆粒的局部放電。當(dāng)條狀金屬異物的方向變?yōu)?
與電力線有一定夾角或完全平行于電力線時，
此處的電場分布集中，金屬條狀異物表現(xiàn)為尖
端局部放電，且放電發(fā)展為平行于電力線的方
向緩慢爬行；隨著局部放電的積累，放電爬行
的長度加長，尖端效應(yīng)更嚴重，電場更集中，
局部放電更厲害，最終導(dǎo)致盆式絕緣子沿面閃
絡(luò)，形成對地短路故障。條狀金屬異物的方向
變化如圖5所示。
(a)條狀金屬異物 (b)條狀金屬異物
垂直于電力線 平行于電力線
圖5 條狀金屬異物的方向變化情況
3．2 線路隔離開關(guān)靜觸頭屏蔽罩燒熔原因
盆式絕緣子沿面閃絡(luò)，在短路過程中會產(chǎn)
生大量金屬蒸氣和雜質(zhì)氣體，并且大面積覆蓋
到盆式絕緣子的沿面和基座上，其表面的絕緣
強度被破壞。由于絕緣子的一端是封閉的，短
路時產(chǎn)生的金屬蒸氣和雜質(zhì)氣體除了附著在盆
式絕緣子的沿面和基座上，還會漂移到接地開
關(guān)斷口處，附著在動觸頭和靜觸頭的屏蔽罩上，
導(dǎo)致動觸頭和屏蔽罩之間氣體的絕緣強度大幅
度下降。重合閘后，絕緣性能被破壞的盆式絕
緣子表面再次起弧，由于電弧具有不穩(wěn)定性，
在氣流的作用下，電弧由盆式絕緣子上沿面沿
氣流方向漂移到絕緣強度已大幅下降的接地開
關(guān)斷口問，并在接地開關(guān)的動觸頭和靜觸頭屏
蔽罩之間燃燒，導(dǎo)致屏蔽罩被燒熔。動觸頭為
銅鎢合金材料制成，其耐燒性能較高；動觸頭
屏蔽罩厚度為3 mm，而靜觸頭屏蔽罩厚度為1 mlTl~
因此動觸頭及其屏蔽罩完好，而靜觸頭屏蔽罩被燒
熔。
4 結(jié)束語
此次GIS隔離開關(guān)氣室短路事故的原因是：
氣室內(nèi)部存在金屬異物，在電場力和機械振動的作
用下引發(fā)盆式絕緣子沿面放電，導(dǎo)致氣室內(nèi)絕緣被
破壞。在重合閘的過程中，盆式絕緣子沿面再次放
電，電弧在氣流作用下向隔離開關(guān)移動，導(dǎo)致隔離
開關(guān)靜觸頭與簡體發(fā)生短路，強大的短路電流很快
將1 mm厚的不銹鋼屏蔽罩熔化。
該線路的隔離開關(guān)氣室在廠內(nèi)車間組裝完成
后，整體運到變電站現(xiàn)場，不需要再進行現(xiàn)場安
裝，因此本次故障是因廠家設(shè)備制造工藝把關(guān)不嚴
而造成。由于裝配清潔度不足，導(dǎo)致運行中的GIS
設(shè)備發(fā)生短路事故，嚴重威脅了電網(wǎng)的安全運行，
所以生產(chǎn)廠家必須加強對GIS生產(chǎn)過程的控制，
提高作業(yè)環(huán)境質(zhì)量，保證GIS內(nèi)部清潔。要加強
對運行中的GIS設(shè)備的局部放電檢測，及時檢查
存在局放信號的GIS設(shè)備，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運
行。
參考文獻：
[1]王森，孫強，盧江平，等．GIS變電站特快速暫態(tài)過電壓研究
的技術(shù)現(xiàn)狀LJ]．陜西電力，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]李亞峰，王純．G1S設(shè)備在陜西電力系統(tǒng)中的應(yīng)用Lj]．陜西
電力，2009，37(2)：79—81．
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Shaanxi Power System[J]．Shaanxi Electric Power．2009．37
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[3]林莘．現(xiàn)代高壓電器技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，
2002
LIN Xin Technology of Modern High Voltage Appliance
[M]．Beijing：China Machine Press，2002．
1-4]羅學(xué)垛．SF6氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)[M]．北京：中
國電力出版社，199B．
LUO Xue—shen．Gas Insulated Switchgear(GIS)of SF6[M]．
Beijing：China E1ectric Power Press，199B．
作者簡介：盧啟付(1974一)，男，山西大同人。電力工程師，工
學(xué)碩士，從事高壓電氣設(shè)備試驗及絕緣診斷技術(shù)研究工作。

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