10 kVGN30型隔离开关事故分析及处理

肖丽雄，李燕梅

（广东电网有限责任公司梅州供电局，广东梅州 514021）

0 引言

GN30-12/1250-31.5型隔离开关因其自身结构特殊，能达到高压开关柜4室独立分开的设计要求，并将带电部分与检修部分完全隔离，满足安全运行要求，而被广泛应用于各个电压等级的变电站。但近年来在广东电网范围内，发生了多起因GN30隔离开关发热导致高压开关柜烧毁，致使变电站全站失压的事故。分析此类事故发现，GN30型隔离开关在设计、制造和运行维护等方面存在缺陷，运行中容易发热，引起触头接触电阻增大，恶性循环进而引发故障。

1 事故经过

2017年5月13日0时43分39秒880毫秒，某220 kV变电站10 kV电容器3C1开关保护过流一段保护动作跳开，10 kV电容器3C1开关，2017年5月13日0时43分40秒482毫秒，3#主变主一保护、主二保护低后备复压过流玉段2时限动作出口跳开3#主变变低503开关，一次故障电流约25.88 kA。

该220 kV变电站为户外敞开式变电站，共3台主变，10 kV为玉段、域段、芋段母线，3段母线之间设专用分段断路器连接。故障跳闸前，10 kV玉段、域段、芋段母线分列运行，10 kV芋段母线9#电容器3C1处于运行状态，电流450 A。10 kV域段、芋段之间的分段550开关处于热备用状态，3#主变变低负荷电流2600 A，天气晴朗，空气湿度约75%，无凝露，环境温度约为23℃。故障发生后，运行人员到现场查看设备故障情况。

1.1 高压开关柜柜体

3C1高压开关柜前、后柜门被冲开，门板变形，开关柜柜体内部被弧光熏黑，无明显放电起弧痕迹，电缆进线孔封堵完好，电缆小室干净、未见放电痕迹，如图1所示。

1.2 电流互感器

3C1高压开关柜内电流互感器完好，安装螺栓紧固、齐全，表面仅有熏黑的痕迹，无放电痕迹，如图2所示。

1.3 真空断路器

3C1高压开关柜内断路器面板熏黑，机构完好，机械指示为分闸状态，弹簧储满能。三相绝缘拉杆与7字拐臂连接部位断裂，断真空泡外观完好，如图3所示。

1.4 上、下隔离开关

3C1高压开关柜上隔离开关母线室正面封板可见明显的放电痕迹，A相隔离开关静触头接触部分已经烧融，动触头夹紧弹簧及螺栓熔断脱落，三相动触头表面均有电弧烧伤痕迹，三相动触头瓷套全部碎裂。三相比较，A相损毁最为严重，其次为 B相，C相最轻，3C1高压开关柜A相下隔离开关对固定螺栓放电、B相固定瓷瓶存在过电压痕迹，如图4所示。

2 故障分析

根据故障设备现场检查及保护动作情况，可确认故障起始点为上隔离开关A相触头位置发展到下隔离开关，初步分析故障发生经过：10 kV 9#电容器3C1高压开关柜使用频繁，长期流过430 A的电流，上隔离开关母线室A相触头接触不良，引起发热，压紧弹簧高温退火，压力降低，进一步加重发热，导致触头融焊，引起A相触头持续放电打火，与电容器振荡形成振荡过电压，0时43分39秒690毫秒主变保护变低零序过压告警，过电压造成下隔离开关对突起的固定螺栓放电，电容器保护装置于0时43分39秒772毫秒启动，同时，上隔离开关A相触头放电引起母线室温度急剧升高，空气电离，B相隔离开关对地放电，A，C相电压升高，持续33 ms后上隔离开关发展为三相触头短路，0时43分39秒805毫秒3#主变变低电流突变故障录波启动，108 ms后电容器过流一段保护出口，开关动作跳开3C1开关（保护定值0.1 s），在 3#主变变低故障录波启动（电流突变）696 ms后503开关跳闸切除上隔离开关三相短路故障。

图1 3C1高压开关柜外观检查情况

图2 10 kV电流互感器检查情况

故障高压开关柜型号为XGN2-12，柜内采用GN30-12/1250-31.5型隔离开关，鉴于全省电力系统范围内发生多起类似事故，分析认为GN30型隔离开关在设计、制造和运行维护等方面存在缺陷，具体表现：

（1）相对于GN22型隔离开关，其为旋转式隔离开关，1组隔离开关有上、下2个接触点，分、合闸时阻力较大，容易出现触头卡涩或合闸不到位等问题。

（2）隔离开关动触头为夹片外压弹簧式结构，夹片采用6 mm的螺杆外加弹簧压紧，其螺杆及压紧弹簧均未采取加装绝缘板等限制弹簧分流措施，弹簧长期分流发热退火，压力降低进一步增大发热。

（3）隔离开关接触面稳定性差，由于隔离开关动触头夹片（2片）仅用1根6 mm的螺杆加弹簧压紧，在分合闸过程中容易产生位移，多次操作后难以保证接触良好。

（4）隔离开关操作方法较难掌握，隔离开关操作时力道不好控制，缓冲能力差，经调查现场运行人员在力气较小时往往采用冲击合隔离开关方式，容易造成瓷瓶破损、绝缘降低，存在安全隐患。

（5）隔离开关动触头夹片选用劣质导磁材料，运行时存在涡流损耗，造成隔离开关动热稳定性差，容易发热。

（6）GN30隔离开关其接触点在母线室，无法通过测温观察其运行情况，长久运行容易集小缺陷为大事故。

图3 10 kV真空断路器检查情况

图4 10 kV隔离开关检查情况

3 建议与对策

（1）对大电流高压开关柜GN30型隔离开关进行改造。淤U形触指改为固定结构、分体式设计，可以较好消除接触半球的发热缺陷，更方便调整，以保证触指与动触头间的线接触；于动、静触头表面镀银处理，有效降低接触电阻；盂动触头的固定方式改为轴向的夹紧，防止动触头跌落；榆采用高强度的瓷瓶绝缘套管；虞认真总结隔离开关改造经验，制定计划对存在隐患的所有GN30隔离开关进行改造。

（2）加快完善高压开关柜红外测温窗口的改造进度，制定高压开关柜测温巡视要求及记录。

（3）提高母排质量。对于大电流高压开关柜GN30型隔离开关来说，由于连接母排的规格较大，对隔离开关的影响也较大，因此对母排质量的要求也高，特别要注意接头搭接面的吻合程度，避免在运行过程中对绝缘支撑件造成损伤。

（4）严把安装、检修关。即使对于新的隔离开关，其运输过程中造成的弹簧松动或存放时接触面氧化等都可能导致其动静触头间接触电阻增大，因此安装和检修过程中必须进行检查调整。控制设备接头发热的关键是控制接触面的接触电阻，只要把接头接触电阻控制在一定范围，就能保证接头在通过额定电流时的工作温度在允许的范围内。

（5）加强高压开关柜的红外测温、局放测试。要求运行人员要采用红外热成像仪对高压开关柜进行测温，重点测量GN30型隔离开关母线室温度，根据红外成像图谱分析，若发现温度偏差>3℃，应及时上报并加强分析跟踪，经分析判断异常时有必要申请停电检查。不具备测温条件的应用手触摸高压开关柜柜体，判断是否存在发热现象，并通过观察窗检查隔离开关是否有异常变色现象。

（6）加强运行人员GN30隔离开关操作培训，规范操作方法，避免因操作造成瓷瓶损伤。其操作要领：慢速合闸至动静触头3 cm位置，再用力合上，合上时用力要均匀，不可用力过猛，操作完毕应注意检查三相隔离开关是否到位。

（7）做好专业巡视和规范化检修工作。结合停电对所有该类型隔离开关进行检查维修，重点检查合闸是否到位，各部件有无异常和变形，传动是否灵活，导电部位外观有无发热变色，检查隔离开关的动、静触头瓷瓶是否有裂纹，对于重负荷、重要变电站未完成GN30隔离开关改造之前每年开展一次高压开关柜B修工作，重点检查、检修GN30隔离开关问题等。

（8）做好事故预想和抢修准备工作。根据此类GN30隔离开关在运行中发生故障和缺陷的主要特点，提前做好设备状态评价及风险评估，做好预控措施，根据各个变电站GN30隔离开关的运行情况，做好备品备件准备工作。

4 结束语

针对此类存在家族性缺陷的GN30隔离开关，应及时按照反措要求进行改造，在未完成改造任务前，运行和检修人员应加强GN30隔离开关的运行维护管理，做好专业巡视、红外测温和局放测试工作，及时消除设备安全隐患，防范电网设备事故，确保电网安全稳定运行。