500 kV GIS开关防爆膜爆破事件处理及改进措施

易 慧

(广州供电局有限公司，广东 广州 510000)

500 kV GIS开关防爆膜爆破事件处理及改进措施

易 慧

(广州供电局有限公司，广东 广州 510000)

介绍了某站500 kV第3串联络5032开关因SF6气体防爆膜动作后气体压力释放导致开关闭锁分合闸的紧急缺陷处理过程，总结了500 kV开关闭锁分合闸的处理原则，并对防爆膜爆破的原因进行了分析与总结，提出了后续的维护改进措施，确保GIS开关防爆膜正确动作。

GIS开关；SF6气体防爆膜；闭锁分合闸；防爆膜爆破

0 概述

2014-08-17T14:58，某站就地监控后台发出“5032断路器第一组控制回路断线”“5032断路器第二组控制回路断线”“5032断路器SF6压力低闭锁操作”等报文及光字牌，保护装置操作箱一、二路分合闸位置指示灯熄灭。当值值班负责人收集并初步确认相关异常信号后，立即报告给调度。现场进一步检查发现5032开关三相在合闸位置，C相开关气室SF6压力表压力指示为0，防爆膜已动作爆破(见图1)。运行人员立即意识到设备处于异常状态，存在较大危险，在初步检查确认设备情况后随即离开设备现场；同时检查确认全站保护无动作，录波装置无异常，无故障启动迹象。值班负责人检查后基本确定是由于开关SF6压力防爆膜动作，导致气室SF6压力低引起开关闭锁分合闸。此时500 kV 5032开关已不具备运行条件，于是立即联系调度，通过断开相邻的500 kV 5031，5033开关、220 kV 3号变2203开关、35 kV 3号变低303开关及顺广乙线对侧开关后，在500 kV 5032开关无电压无电流的情况下，拉开其两侧刀闸将其隔离。随后通过边开关恢复了500 kV 3号主变及顺广乙线运行。

500 kV 5032开关C相防爆膜动作前，全站设备正常运行，无故障跳闸事件，也无穿越性故障电流，站内监控设备记录无明显的潮流、电压波动情况。防爆膜动作以后，因GIS本体内还存在一个大气压的SF6气体，能够确保在额定电压下不被击穿，因此尚未出现绝缘击穿导致故障跳闸现象。

图1 开关防爆膜动作情况

1 500 kV开关闭锁分合闸处理原则

一般情况下，应先将异常开关两侧设备停电，再无压拉开异常开关两侧刀闸将其隔离。

3/2接线方式下，仅在能够确认异常开关绝缘正常且存在2个及以上完整串运行时，方可考虑通过直接拉开异常开关两侧刀闸的方法将其隔离。隔离操作过程中，不应停用其他开关直流操作电源。

2 原因分析

2.1 基本运行情况

该站5032开关为日本TMT&D株式会社生产的500-SFMT-63F型HGIS设备，断路器设备编号C019817，2004年生产，2006年6月投运，日常巡视周期为每天2次。500 kV 5032开关压力防爆膜为美国安赛科(OSECO)产品，型号为PCR，类型为反拱十字槽型，主要材质为镍，防爆膜动作压力为0.9 MPa(20 ℃）。经查看设备说明书和与厂家技术人员确认，防爆膜没有日常运维要求，且为了人身安全，禁止人员在防爆膜附近逗留。受运行环境的潮气和雨水影响，各气室防爆膜普遍附着绿色氧化物，其中朝下倒扣安装的断路器气室防爆膜氧化程度较为严重，防爆膜外侧有大量绿色氧化物生成。

该站500 kV HGIS断路器气室额定压力为0.6 MPa，正常范围为0.6-0.78 MPa。查阅2014 年3月以来该站500 kV HGIS气室压力巡视记录，记录的最高压力为0.68 MPa，绝大多数记录压力在0.65 MPa以下，设备气体压力符合设备运行要求，无超压现象。

2.2 原因分析

2.2.1 气室压力分析

根据理想气体状态方程(PV=nRT)，气体压力跟其体积、温度、物质的量有关。由于设备运行以来该气室未补过气，相邻气室为刀闸气室，压力较低，可认为该气室内气体量不变。而气室的体积也可认为不变，故气室气体压力主要与其温度有关。

由于SF6密度计显示的为20 ℃时的相对压力，根据以往记录，该气室气体20 ℃时的相对压力值为0.63 MPa。根据SF6气体压力与温度关系曲线(见图2)，事件发生时气温约为34 ℃，该温度下气室内压力约为0.665 MPa。考虑到阳光照射和设备发热的影响，气室内气体实际压力应该大于0.665 MPa；但要达到防爆膜的额定爆破压力，气室内气体温度需达到130 ℃，显然该可能性极小。而在事件发生期间，5032开关无操作，无故障电流。在防爆膜更换检修过程中，检查C相气室也未发现有放电痕迹，气室内温度不会达到如此高的温度。所以，本次事件应与防爆膜爆破压力降低或防爆膜质量不合格有关。

2.2.2 防爆膜运行性能分析

(1) 防爆膜外观检查。针对该站500 kV 5032开关三相防爆膜存在受腐蚀情况，对所有同类型的HGIS设备111片防爆膜(包括开关及刀闸气室)进行检查，发现其存在以下几个特点。

图2 SF6压力与温度关系曲线

① 全部开关气室防爆膜均有不同程度的腐蚀。包括刀闸气室在内的全部111片防爆膜中有84片出现了腐蚀。

② 腐蚀类型可分为点状腐蚀和片状腐蚀2种。84片出现腐蚀现象的防爆膜中有16片属点状腐蚀，68片属片状腐蚀。

③ 防爆膜腐蚀与安装方式有关。倒扣式安装的防爆膜都存在不同程度的腐蚀，而侧立式安装的防爆膜都没有出现腐蚀。

④ 通过对比发现，防爆膜腐蚀程度与运行时间有关，运行时间越长，腐蚀程度越严重。

(2) 防爆膜爆破试验。为了评估表面腐蚀对防爆膜性能的影响，对原5032开关A，B相防爆膜、5042开关及50422刀闸三相防爆膜进行了爆破试验。现场采取的试验方式为：整体拆卸下SF6防爆膜安装法兰，安装在试验平台，用氮气对防爆膜加压。针对断路器气室防爆膜，加压至0.7 MPa时保持压力1 min，再缓慢加压直至防爆膜爆破。针对隔离开关气室防爆膜，加压至0.6 MPa时保持压力1 min，再缓慢加压直至防爆膜爆破。

通过对上述样品的爆破检查发现：

① 原装防爆膜的额定压力为0.9 MPa，爆破压力基准值为：0.855-0.945 MPa，氧化作用使得防爆膜的实际动作压力有下降的趋势(见表1)。通过500 kV 5042开关三相及5032开关剩余两相的防爆膜的实测爆破数据可以看到，5个样品中有4个样品的实际动作值在额定爆破压力的负下限范围内，且500 kV 5032开关的B相防爆膜爆破压力值低于其额定压力下限。

② 通过爆破后变形对比，尤其是将500 kV 5032开关C相防爆膜爆破后的变形情况与50422 B相刀闸防爆膜爆破后(爆破压力实测值为0.8 MPa)的变形情况进行对比，可以推测5032开关C相防爆膜爆破的压力要小于0.85 MPa。500 kV 5032开关A，B相防爆膜爆破后，爆破裂片贴向夹持法兰，而500 kV 50422开关B相及5032开关C相防爆膜爆破后，防爆膜裂片呈垂直状态。

表1 防爆膜爆破压力测试结果

(3) 防爆膜表面氧化物的组分分析。在一般环境下，该防爆膜使用寿命为30年，但若具体的使用环境不佳,防爆膜的爆破压力值会降低。对5032开关C相防爆膜表面收集物(绿色)进行组分分析发现，其中氧元素的含量超过30 %，硫、镍元素的含量在1 %-30 %之间，氯元素含量低于1 %。因此，该物质主要是镍的化合物，具体为镍的氧化物、硫化物及氯化物。结合该地区潮湿的气候环境，尤其是夏天昼夜温差大，很容易在倒扣的防爆膜的凹面形成凝露。空气中的一些酸性物质溶解到凝露中，加速对防爆膜的腐蚀，从而使其运行性能劣化。劣化情况在防爆膜的外球面和破裂面得到证实，通过放大可观察到在防爆膜外表面有腐蚀斑，破裂面也发现有变色物生成。

综上所述，可初步认为该站500 kV 5032开关C相防爆膜异常爆破是由防爆膜自身材质劣化导致其运行性能下降造成的。

3 改进措施

(1) 结合停电更换防爆膜，将运行中防爆膜的动作压力由原来的0.9 MPa提升到1.2 MPa。还未来得及停电更换的防爆膜则在其表面喷保护膜或油脂以阻止腐蚀进一步发展。

(2) 加强对户外运行多年的该类型GIS设备的巡视，做好环境温度及气室压力记录，跟踪腐蚀情况。巡视防爆膜时要特别注意保护自身安全。

(3) 鉴于该防爆膜运行中突然爆裂对设备及电网可能造成较大冲击，要求有关变电站编制相关事故处理预案，以便运行人员在发生HGIS气室防爆膜突然爆裂时果断处置，防止扩大事故。

4 结束语

防爆膜作为电力设备在故障情况下的重要保护组件，在正常情况下不应动作；但是如果运行环境不佳，导致其运行性能下降，将是电力系统安全稳定运行的重大隐患，因此，在日常的运行维护过程中必须高度重视其运行工况。

2016-07-22。

易 慧(1980-)，男，工程师，主要从事电力系统运行及与继电保护相关的应用研究工作，email：44150554@qq.com。