一起GIS传动失效导致的接地故障原因及分析

潘 岩，章海斌，马 凯，黄道均，施 雯，张 剑，张晓明

(国网安徽省电力有限公司检修分公司,安徽 合肥 230009)

0 引言

随着高压电气技术的不断发展，GIS(气体绝缘封闭式组合开关设备)在电力系统中得到广泛运用。GIS具有占地面积小、运行可靠、对环境清洁度要求低等诸多优点。

目前，相较于AIS(空气绝缘电气设备)，GIS设备具有高度集成性与密封性等特点，这就使GIS设备内部状态无法肉眼直接观察，需要通过电气指示与机械指示间接观察。若GIS设计不合理或装配工艺不达标，极有可能造成GIS设备外部机构与气室内部机构之间传动失效，从而造成设备故障，给社会经济带来巨大损失。

本文介绍了一起因设备厂家装配工艺不达标而导致的某站500 kV闸刀传动失效，进而引发的单相接地短路故障案例原因分析与处理，同时介绍了避免GIS闸刀传动失效的判断方法，以期为GIS开关类设备气室内部的实际状态判别提供参考。

1 故障及排查情况

2020年3月24日，某500 kV变电站对500 kV 5022断路器进行转检修过程中，该断路器相关5735线路两套差动保护动作，5023开关A相跳闸，重合闸动作，沟通三相动作，开关三相跳闸，一次接线如图1所示。

图1 一次接线图

该站500 kV设备为3/2接线的HGIS设备，5735线出线套管两侧断路器编号分别为5022开关、5023开关。故障发生后，检查5022与5023开关间隔一次设备外观均正常，电气与机械指示均正确，5735线路压变与避雷器外观也无异常。检查SOE时间顺序记录如表1所示。

表1 SOE时间顺序表

对SOE事件进行分析，发现运维人员在操作过程中顺序正确无误，排除人为操作失误因素。

对设备相关气室进行SF气体组分分析，发现50222闸刀与502227接地闸刀A相共用气室气体组分异常，具体如表2所示。

表2 气室气体组分表

对50222闸刀A相气室气体组分分析，判断该气室发生了放电故障，断定故障点位于50222闸刀与502227接地闸刀A相共用气室。

50222闸刀生产厂家为西安西电开关电气有限公司，生产日期为2017年9月，投运日期为2018年6月，该设备自投运以来未进行过任何操作。

2 故障原因确认及分析

2.1 故障原因确认

确认故障气室后，随即申请将5375线路转检修进行故障检查与处理。

首先对50222闸刀气室进行X光检查，以判断气室内部50222闸刀与502227闸刀的真实状态，如图2和图3所示。

(a)502227闸刀气室内部真实状态(合闸) (b)502227闸刀外部机械指示图2 502227闸刀X光与外部指示对比图

(a)50222闸刀气室内部真实状态(合闸) (b)50222闸刀外部机械指示图3 50222闸刀X光图片与外部指示对比图

由图2(a)X光检测照片与图2(b)外部机械指示对比可以发现，502227接地闸刀气室内部真实状态与外部机械指示一致，接地闸刀处于合闸状态。而由图3发现50222闸刀气室内部状态与外部机械指示不一致，内部闸刀处于合位，而外部机械指示处于分位。

随后对50222闸刀传动部位进行X光检测，如图4所示，发现50222闸刀传动部件固定螺栓疑似脱落。

确认原因后立即展开50222闸刀及5375线出线套管(共气室)更换工作，并将故障气室返厂解体检修，发现接地开关静侧屏蔽对应的壳体内壁有黑色喷溅痕迹，具有明显的气室内部放电特征，如图5所示。

图4 50222闸刀传动部件X射线图片

图5 50222闸刀气室内部图

对50222闸刀气室内部传动机构进行解体检修，发现隔离开关动侧绝缘拉杆上的拐臂与所连接的动触头上的连扳异常脱开，连接销钉及两侧的黄铜垫圈脱落，具体如图6所示。

进一步检查发现，拐臂与连杆之间的销钉未见明显的防松胶痕迹，未达到场内装配工艺标准。所以，该销钉脱落是由于厂内装配工艺不达标，防松胶涂覆不足导致的。本次单相接地短路是由厂内装配工艺不达标而导致的设备故障。

图6 隔离开关动触头传动部件

2.2 故障原因分析

50222闸刀内部传动部件如图7所示，3号方框为隔离开关传动连板与闸刀动触头相连的位置，2号方框部分为连板传动环节，图中1号方框中的拐臂为绝缘拉杆转动拐臂，由外部闸刀机构通过绝缘拉杆转动，达到控制气室内部闸刀分合的目的，该拐臂通过销钉与连板相连。

图7 50222闸刀内部传动示意图(合闸状态)

正常情况下，当后台发出分闸指令后，50222闸刀气室外部机构动作，通过绝缘连杆带动1号方框内的拐臂转动，拐臂在转动时带动连杆动作，闸刀的动触头便朝着水平向分闸方向移动。

当1号方框内部的拐臂与连杆之间的销钉脱落，拐臂与连杆传动失效，即拐臂正常转动，而连杆与闸刀动触头并未动作，仍处于合闸状态。但此时闸刀气室外部机构箱内的辅助开关已经切换到位，信号回路判断50222闸刀处于分位，逻辑闭锁与电气闭锁已经均符合逻辑，地刀带电合闸，发生跳闸事故。

3 缺陷排查措施

GIS设备对于闸刀的实际状态无法直接肉眼判断，且闸刀与地刀之间没有机械闭锁，当发生类似传动失效故障时，极易发生带电合地刀的恶性事故，所以我们可以通过X射线技术来判断闸刀在气室内部的实际状态。

在发生此类恶性事故后，检修人员首先对故障抢修停电范围内的9台27相闸刀气室内部实际位置进行X射线检测均在分闸位置，如图8所示。

随后又组织对全站运行中的500 kV GIS闸刀传动部件进行X射线检测，运行区域内的闸刀传动部位X光如图9所示。

图8 停电范围内闸刀X射线图

图9 运行区域内闸刀传动部位图

可以看出所有闸刀均在合闸位置，拐臂都在伸直的位置，但是无法看到拐臂的细节，如定位螺钉、防松胶等等。

4 总结

本次单相接地短路故障给电网的生产运行带来了不利的影响，是一起因设备制造厂装配工艺不达标而导致的设备故障。为了防止类似设备故障再次发生，在组合电器的制造组装环节要严格落实工艺管控要求，加强装配工艺环节的监督管理。此外在后期运行过程中，借助X光检测技术来综合判断GIS闸刀设备内部触头的真实状态，以期达到设备安全稳定运行的目的。