220 kV GIS刀闸异常缺陷分析及应对措施

易 慧，黄小彬，陈锦祥（广州供电局有限公司，广东 广州 510000）

220 kV GIS刀闸异常缺陷分析及应对措施

易 慧，黄小彬，陈锦祥
（广州供电局有限公司，广东 广州 510000）

介绍了一起倒闸操作过程中因GIS刀闸质量问题造成的220 kV变电站双母线失压的事故，分析了事故原因，提出了在该刀闸缺陷未处理之前的应急倒闸操作方法，阐述了该刀闸缺陷的处理措施并进行了整改，最后就实际整改过程中发现的问题给出了改进意见及注意事项。

GIS刀闸；机构箱；传动轴；锈蚀

1 事故过程

某电站220 kV南征线208开关计划进行预试定检工作，在由“冷备用”转“检修”的操作过程中，由于208开关母线闸刀2081 B，C 2相未拉开，当合上208开关母线侧20829接地刀闸后，该站220 kV 1M母差保护动作（B，C相对地短路），导致220 kV 1M失压，跳开220 kV母联210开关及1号主变211开关；1 144 ms后220 kV 2M母差保护动作，造成220 kV 2M失压、跳开征兴Ⅱ回路204等开关，最终导致220 kV 1M，2M母失压，1号主变停运，对应110 kV 1M母线失压。故障GIS间隔布置如图1所示。投运，该单位共计在运12组。

图1 故障GIS间隔

根据故障情况，组织对故障间隔的2081，2082刀闸进行了解体检查，同时对同型号的2111刀闸的传动机构及密封情况也进行了解体检查。结果发现造成本次事故的主要原因是220 kV 2081刀闸连接机构因密封不良进水，引起刀闸机构轴封、传动轴及齿轮等锈蚀严重而产生卡涩，导致A，B相连接机构尼龙齿轮无法承载负荷扭矩而断裂，致使B，C相刀闸分闸行程不够，未完全分开，如图2所示。当合上20829接地刀闸时，220 kV 1M母线直接接地，母差保护动作跳开220 kV 1M母线。同时，由于2082刀闸与20829地刀在同一气室，金属性故障短路电流的拉弧作用使该气室内SF6气体电离分解，绝缘强度降低，发展成为220 kV 2M B，C相对地短路，导致220 kV 2M也跳闸。这是一起因设备质量问题而造成的带电合地刀恶性误操作事故，暴露出以下3个问题：

（1） 该型GIS设备操作机构密封设计、选材及工艺存在严重质量问题，易进水而引起传动机构轴封、齿轮等位置锈蚀而产生卡涩，进而导致刀闸分闸不到位；

（2） 尼龙齿轮的强度不够，设计选材不当；

（3） 封闭设计导致运行巡视时无法及时发现刀闸机构密封部分的锈蚀情况。

2 原因分析

发生事故的刀闸型号为GWG18-252，2012年

3 操作风险应对措施

3.1 操作预案

根据统计，该型号GIS刀闸在另外2个220 kV及1个500 kV变电站也在使用，通过初步检查也发现类似严重锈蚀问题。为确保电网安全，杜绝因设备问题引起的误操作，在未整改之前，必须禁止相关刀闸的操作，制订操作预案，以应对在该缺陷整改过程中，相关线路及主变间隔出现故障跳闸、紧急缺陷，或因系统紧急情况而进行的电气操作。该操作方法有别于常规的停送电操作，以有同型号GIS设备的某双母线带旁路接线方式的220 kV变电站、220 kV母线及220 kV中新甲线线路间隔（该间隔内所有刀闸都不能操作）为例，制订操作预案如下。该刀闸所在线路接线如图3所示。

图2 刀闸传动轴示意图

图3 该刀闸所在线路接线

（1） 220 kV 1M母线由“运行”转“检修”（220 kV中新甲线运行于220 kV 1M母线）。

① 220 kV中新甲线两侧由“运行”转为“热备用”。

② 该站除220 kV中新甲线外，将运行于220 kV 1M母线的间隔设备倒至2M母线运行，220 kV 1M母线由“运行”转“热备用”。

③ 该站220 kV母联2012开关由“热备用”转“冷备用”（中新甲线1M母线侧刀闸仍在合闸位置）。

④ 对侧变电站220 kV中新甲线线路由“热备用”转“检修”。

⑤ 该站在220 kV中新甲线43104刀闸靠线路侧装设1组接地线。

⑥ 该站220 kV 1M母线由“冷备用”转为“检修”。

（2） 220 kV 1M母线由“检修”转为“运行”（220 kV中新甲线43101、43104刀闸在合闸位置）。

① 该站 220 kV 1M母线由“检修”转“冷备用”。

② 拆除该站在220 kV中新甲线43104刀闸靠线路侧装设的1组接地线。

③ 对侧变电站220 kV中新甲线线路由“检修”转“热备用”。

④ 该站220 kV 1M母线由“冷备用”转“运行”，220 kV母线恢复正常方式。

⑤ 220 kV中新甲线两侧由“热备用”转为“运行”。

（3） 220 kV中新甲线线路由“运行”转“检修”（220 kV中新甲线运行于220 kV 1M母线）。

① 该站除220 kV中新甲线外，将运行于220 kV 1M母线的间隔设备倒至2M母线运行，220 kV母联2012开关由“运行”转“热备用”（中新甲线开关仍在合闸位置）；

② 对侧变电站220 kV中新甲线由“运行”转“热备用”。

③ 该站220 kV中新甲线由“运行”转为“热备用”。

④ 该站220 kV母联2012开关由“热备用”转“冷备用”（中新甲线1M母线侧刀闸仍在合闸位置）。

⑤ 对侧变电站220 kV中新甲线线路由“热备用”转“检修”。

⑥ 该站220 kV中新甲线线路由“热备用”转“检修”。（在220 kV中新甲线43104刀闸靠线路侧装设接地线1组）。

（4） 220 kV中新甲线线路由“检修”转“运行”（220kV中新甲线运行于220 kV 1M母线）。

① 该站220 kV中新甲线线路由“检修”转“热备用”（拆除在220 kV中新甲线43104刀闸靠线路侧装设的接地线1组）。

② 对侧变电站220 kV中新甲线线路由“检修”转“热备用”。

③ 该站220 kV 1M母线由“冷备用”转“运行”，220 kV母线恢复正常方式。

④ 220 kV中新甲线两侧由“热备用”转为“运行”。

（5） 220 kV中新甲线4310开关由“运行”转“检修”（220 kV中新甲线运行于220 kV 1M母线）。

① 该站除220kV中新甲线外，将运行于220 kV 1M母线的间隔设备倒至2M母线运行，220 kV母联2012开关由“运行”转“热备用”（中新甲线开关仍在合闸位置）。

② 对侧变电站220 kV中新甲线由“运行”转“冷备用”。

③ 该站220 kV中新甲线由“运行”转为“热备用”。

④ 该站220 kV母联2012开关由“热备用”转“冷备用”（中新甲线 1M 母线侧刀闸仍在合闸位置）。

⑤ 该站220 kV 1M母线由“冷备用”转“检修”（中新甲线1M母线侧刀闸仍在合闸位置）；

⑥ 该站220 kV中新甲线4310开关由“热备用”转“检修”（在220 kV中新甲线43101刀闸靠1M母线侧装设1组接地线）。

⑦ 该站在220 kV中新甲线43104刀闸靠线路侧装设1组接地线。

（6） 220 kV中新甲线4310开关由“检修”转“运行”（220 kV中新甲线运行于220 kV 1M母线）。

① 该站拆除在220 kV中新甲线43104刀闸靠线路侧装设1组接地线。

② 该站220 kV中新甲线4310开关由“检修”转“热备用”（拆除在220 kV中新甲线43101刀闸靠1M 母线侧装设1组接地线）。

③ 该站220 kV 1M母线由“检修”转“冷备用”（中新甲线1M母线侧刀闸仍在合闸位置）。

④ 对侧变电站220 kV中新甲线线路由“冷备用”转“热备用”。

⑤ 该站220 kV 1M母线由“冷备用”转“运行”，220 kV母线恢复正常方式。

⑥ 220 kV中新甲线两侧由“热备用”转为“运行”。

3.2 特殊操作注意事项

在反措未完成之前需按操作预案修改母线地刀微机“五防”逻辑，并提前解除对应间隔母线侧刀闸与母线地刀之间的电气闭锁；同时，需在每个间隔母线侧刀闸与对应母线之间增加临时微机“五防”接地桩，在4号刀闸线路侧增加“五防”接地桩并完善相关“五防”逻辑，使得上述特殊操作符合操作条件，在紧急情况下仍可顺畅操作，避免解锁操作，并杜绝误操作。

4 检修整改措施

4.1 GIS刀闸传动机构改进方案

该单位与制造厂联合重新设计GIS刀闸传动机构，并制作样品。刀闸本体采用齿轮传动，齿轮组合密封在齿轮防护罩内部。齿轮防护罩与刀闸本体间、齿轮防护罩与其顶盖间，均采用密封圈密封结构，齿轮防护罩与传动轴间采用轴动密封结构，如图4所示。

图4 齿轮防护罩密封结构

改进后的齿轮防护罩密封结构刀闸每相传动箱为独立结构，传动箱之间采用连杆联接。传动结构简单可靠，传动连杆裸露在外，可直接观察传动性能；传动轴采用不锈钢材质，绝缘夹套采用夹板式连接结构。对该设计样品进行可靠性试验，试验项目如表1所示。

表1 样品可靠性试验项目

4.2 改进后的使用建议

针对该型号刀闸传动机构密封设计存在的缺陷，设计制造了改进方案的刀闸传动机构并进行了更换。该改进方案的使用效果，还要在运行中进行检验，为此提出以下使用建议。

（1） 安装位置差异。本次检查发现水平朝上安装的刀闸锈蚀情况较垂直侧向安装的刀闸要严重得多；同时由于水平朝上安装的刀闸的端盖板采用下凹设计，导致水汽积存在凹面无法流出，在以后的运行及维护中应对其多加关注，并尽量采用垂直侧向安装模式。

（2） 刀闸连杆对中效果有待检验。新更换的连杆为不锈钢材质，杆与杆之间靠一个夹板进行硬连接；如果2个连杆轴心不在同一直线上，当连杆转动时中间的夹板势必受到不同方向的应力，而连接齿轮也容易因受力不均导致变形。虽经现场调整，连杆轴心仍存在少许误差，实际运行效果还有待检验，并视情况作必要的改进。

5 结束语

GIS刀闸作为变电站不可或缺的改变系统运行方式及检修隔离的重要设备，其运行状况直接影响倒闸操作的安全，对保证电网的安全稳定运行极其重要。通过对此次事故的分析，提出了改进措施。该GIS刀闸操作机构按新设计整改后，刀闸机构未出现因密封不良进水的现象，轴封、传动轴及齿轮等性能良好，有较好的推广应用价值。

2015-05-14；

2015-08-18。

易 慧（1980-），男，工程师，主要从事电力系统变电运行检修及继电保护相关的应用研究工作，email：44150554@qq.com。

黄小彬（1969-），男，高级技师，主要从事变电运行管理工作。

陈锦祥（1955-），男，高级技师，主要从事变电运行管理工作。