一起110kV气体绝缘金属封闭开关设备电阻异常现象分析

杨海东 徐清华 李 伟

一起110kV气体绝缘金属封闭开关设备电阻异常现象分析

杨海东1徐清华2李 伟1

（1. 山东泰开高压开关有限公司，山东 泰安 271000； 2. 山东泰山资源勘察有限公司，山东 泰安 271000）

在某电站110kV气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）例行检修时发现，一台设备某相接触电阻异常。结合现场排查、解体维修和后续试验，本文对故障最可能的发展过程进行详细分析。为避免同类型缺陷再次发生，在总结本次故障处理经验的基础上，提出相应预防措施，为类似缺陷的处理提供参考。

气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）；电阻异常；成分分析；预防措施

0 引言

气体绝缘金属封闭开关设备（gas insulated switchgear, GIS）具有占地面积和空间小、受外界环境干扰小等优点，被越来越广泛地应用于高电压等级电网中[1]。由于GIS是全封闭组合电力设备，运行中的电接触不良等故障无法被有效发现，一旦发生，对GIS安全运行危害极大。

如果GIS导电接触部位触头松动[2]或接触不良，就会导致回路电阻[3]增大，继而造成接触点温度升高，温度升高又会导致接触电阻进一步增大[4-5]，如此恶性循环会引发接触导体在正常工作电流下过热烧损[6]，酿成事故。

及时发现并排除GIS运行过程中潜在的此类缺陷隐患，提升GIS运行可靠性，对于保障电网运行安全至关重要。DL/T 617《气体绝缘金属封闭开关设备技术条件》和Q/CSG 114002—2011《南方电网公司电力设备预防性试验规程》中均要求定期开展GIS导电回路电阻测量工作，就是为了及时发现和处理GIS导电回路各连接部分在安装、运行过程中出现的问题，消除事故隐患。

本文对110kV GIS例行检修时遇到的一起回路电阻异常现象进行分析，尽可能分段测量回路电阻，测试SF6分解产物[7-9]，确认故障位置并进行相应维修，通过对所用零部件材料[10]进行分析，得出故障发生的过程，并提出相应的预防措施。

1 故障概述

2016年3月，某变电站对一110kV GIS进行定期例行检修。经测量发现，1号主变间隔架空瓷套管接线板至母线三工位接地侧接地开关之间三相回路电阻偏差较大。故障间隔结构断面如图1所示。现场实测三相回路电阻值见表1。

图1 故障间隔结构断面

表1 现场实测三相回路电阻值

2 故障处理

检修人员对比此次测量结果与以往历史测试值发现：A、B相电阻值与历史测试值相差较少，且相间均衡，在厂家理论电阻值范围内；C相电阻远大于历史数据和厂家理论值。

根据GIS厂家技术人员分析，如果是接触部位镀银层脱落或未居中装配等原因，电阻数值偏差幅度不会太大，极可能是内部导体已经发生质变，需要进一步确定电阻异常的部位，然后进行针对性地拆解排查。

为确保拆解人员安全，检修人员首先对该间隔所有气室的SF6分解产物进行测量，确认本间隔三个气室均无H2S、SO2等异常气体成分。

根据GIS厂家技术人员指导，现场分别测量了图1中套管接线板—线路侧快速接地开关、线路侧快速接地开关—母线三工位接地侧接地开关、线路三工位接地侧接地开关—母线三工位接地侧接地开关三段区间电阻。套管接线板—线路侧快速接地开关、线路三工位接地侧接地开关—母线三工位接地侧接地开关两处区间电阻值均在厂家规定范围内，线路侧快速接地开关—母线三工位接地侧接地开关区间电阻明显较大。据此可判断电阻异常位置位于线路侧快速接地开关与线路三工位接地侧接地开关之间的动连接部位，即隔离开关静侧。

为确认故障点，办理相关工作申请后，现场打开该三工位开关的封板进行检查。将该气室SF6气体完全回收，后回气至大气压力。打开封板，发现壳体内壁及导体表面沾满白色粉末，C相隔离静侧触座的屏蔽罩下侧熔穿，如图2所示。

图2 C相静侧触座熔穿

现场将C相动、静触座装配进行更换，并清理三工位壳体内壁与导体表面杂质。复测，电阻值恢复正常。

3 现场解体情况

将C相动、静触座拆解取出，观察到动触头与静触座接触位置有轻微点状烧熔现象，C相动触头如图3所示；静侧屏蔽罩下侧有黑色、绿色熔渣如图4所示；梅花触头卡圈完整，触片位置保持良好，触头插入量正常。

图3 C相动触头

图4 黑、绿色熔渣

将静侧屏蔽罩拆解取出，观察到触片形状基本保持完整，触片外侧比内侧烧损严重，触片表面沾有金属熔化物。固定梅花触头的弹簧仅余2支，且已断裂，剩余弹簧圈数约为96圈。静触座与梅花触头接触位置烧损严重，外表面形成多处凹坑，梅花触头静触座如图5所示。屏蔽罩除烧穿外，内壁多处连续烧损，如图6所示。

图5 梅花触头静触座

图6 屏蔽罩

4 原因分析

将熔渣返厂进行成分测试，黑色熔渣成分见表2，绿色熔渣成分见表3。

两种颜色的熔渣残留物主要成分为铁（Fe）、铬（Cr）、镍（Ni）、铜（Cu）等。熔渣成分与断裂的弹簧成分（0Cr17Ni12Mo2）基本吻合。体积大于现存两支弹簧的缺失部分（约20圈），与1支弹簧体积相仿。由此判断，靠近屏蔽罩处的弹簧完全烧熔，在重力作用下滴流造成屏蔽罩烧穿。

表2 黑色熔渣成分

表3 绿色熔渣成分

根据上述分析可推断出本次屏蔽罩熔穿的原因是，导体接触面的接触电阻增大导致温度升高，温度升高又导致接触电阻增大，继而两者不断恶性循环。从拆解部件可知，相较于其他位置，静触座与触片接触位置有烧损后的凹坑（见图5），触片与动触头接触位置存在明显烧损痕迹（见图3），说明两接触位置产生的热量足够多，引起烧损。由于梅花触头在通电流时，各触片间产生相互吸引的电动抱紧力，凹坑不会一直扩大。在烧损过程中持续产生的热量使弹簧的强度逐渐降低，进而造成其中一根弹簧断开。弹簧断开后对触片的抱紧作用力降低，造成触片与静触座更大程度的虚接，因此发热不断加剧，造成其余两支弹簧强度降低并相继断开。根据梅花触头结构可知，内侧弹簧与屏蔽罩间隙较小（4mm左右）。弹簧断开后，与屏蔽罩内壁搭接，形成另一条通路，电流流过时，产生了触片—弹簧—屏蔽罩的分流，在屏蔽罩内壁上不断烧蚀，随着时间积累，弹簧熔化。此三工位内，屏蔽罩安装方向为水平偏下30°，梅花触头装配如图7所示，在重力作用下熔化的弹簧滴流，造成屏蔽罩下侧烧穿。

图7 梅花触头装配

此三工位结构用到的弹簧材料为弹簧钢丝1.6/0Cr17Ni12Mo2，即316不锈钢，它的熔点是1 100℃左右，铜的熔点是1 083℃左右，101铸铝的熔点低于纯铝的熔点（660℃）。铜触片与弹簧两种材料熔点相近，但由于弹簧的电阻比镀银铜触片大，根据电热公式=²，弹簧产生的热量更多，因此可以看到弹簧烧熔痕迹比铜触片更明显。

5 故障总结

上述内容分析了此次故障从接触电阻开始增大到最后烧熔的过程，导致最初接触电阻增大的原因，涉及加工、装配、运输等多个环节，无法准确判断，可能的原因有：①弹簧接头没有搭接牢固，在操作开关的过程中，弹簧从接头处即开始放大缺陷，造成压接力减小，接触电阻增大；②动、静触头松动，接触位置镀银层附着力不足，经过频繁的机械操作后，磨损严重；③装配时未居中装配，虽出厂时满足要求，但是后续操作过程放大了此处的装配误差；④运输或吊装过程中的颠簸等。

6 结论

GIS回路电阻测试作为GIS运行过程中必须开展的项目，对设备的运行状态评价有重要作用。在设备运行过程中，接触电阻异常增大极可能带来严重事故。

为提高GIS的可靠性和稳定性，减少GIS电阻异常故障的发生概率，需以预防为主，特提出以下几点预防措施：

1）严控零部件质量，减少零部件至总装件的误差累积。

2）规范装配工艺，防止出现触头接触不良、装配卡滞等现象，杜绝导体偏心装配状态。开关进行动作测试后检查触座是否松动。

3）加强运输环节控制，装设三维冲击记录仪等，增加运输环节监测，避免震动引起内部导体移位等。

4）安装过程中实时检查动静侧触头与触座是否居中装配。

[1] 黎斌. SF6高压电器设计[M]. 4版. 北京: 机械工业出版社, 2015.

[2] 黄清, 魏旭, 许建刚, 等. 基于振动原理的GIS母线触头松动缺陷诊断技术研究[J]. 高压电器, 2017, 53(11): 99-104.

[3] 杜鑫. 一种GIS设备回路电阻测试方法探索与实践[J]. 电气技术, 2017, 18(10): 119-122.

[4] 熊磊, 陈天翔, 张哲诚, 等. 记忆合金弹簧在断路器梅花触头中的应用试验研究[J]. 高压电器, 2017, 53(10): 24-28.

[5] 黄灵资, 刘昊, 赵宪. 一起110kV断路器灭弧室瓷套异常发热分析与处理[J]. 电气技术, 2018, 19(11): 119-122.

[6] 杨为, 宋东波, 赵恒阳, 等. 一起瓷柱式断路器回路电阻超标原因分析[J]. 高压电器, 2020, 56(7): 239- 245.

[7] 乔胜亚, 周文俊, 唐念, 等. 不同吸附剂对GIS局部放电特征气体变化规律的影响[J]. 电工技术学报, 2016, 31(3): 113-120.

[8] 唐炬, 杨东, 曾福平, 等. 基于分解组分分析的SF6设备绝缘故障诊断方法与技术的研究现状[J]. 电工技术学报, 2016, 31(20): 41-54.

[9] 陈宏刚, 温定筠, 秦睿, 等. SF6分解产物测试在330kV断路器故障排除中的应用[J]. 电气技术, 2015, 16(1): 52-55.

[10] 赵程, 杨建民. 机械工程材料[M]. 2版. 北京: 机械工业出版社, 2003.

Analysis of an abnormal phenomenon of 110kV gas insulated switchgear contact resistance

YANG Haidong1XU Qinghua2LI Wei1

（1. Shandong Taikai High Voltage Switchgear Co., Ltd, Taian, Shandong 271000; 2. Shandong Taishan Geological Prospecting Company, Taian, Shandong 271000)

During the routine maintenance of 110kV gas insulated switchgear (GIS) in a power station, it is found that a phase contact resistance of the equipment is abnormal. According to the site check, maintenance work and related tests, this paper makes a detailed analysis of the most possible development process of the failure. In order to avoid the similar defects, the corresponding suggestions are put forward on the basis of summarizing the experience of this fault treatment, providing reference for the treatment of similar defects.

gas insulated switchgear (GIS); abnormal resistance; components analysis; pre- cautionary measures

2022-07-07

2022-08-05

杨海东（1986—），男，山东省泰安市人，本科，工程师，主要从事GIS的研发设计、运维和故障处理工作。