一起GIS隔离开关气室放电造成线路重合闸失败故障分析

摘要：以一起GIS隔离开关气室放电造成线路跳闸的故障为例，阐述了GIS隔离开关气室放电的原因、造成线路重合闸失败的过程以及处理经过，分析了GIS隔离开关气室放电对断路器重合闸的影响过程，并提出了GIS设备运维的改进建议和措施。

关键词：GIS，隔离开关，放电，插入深度

0 引言

GIS设备在运行过程中，会因为自身材质缺陷、外界环境影响等各种原因产生局部放电现象，一般来说这种放电现象在初期是较为微弱的，一般不会对绝缘能力造成影响，但若长时间持续存在，则会造成绝缘逐渐劣化以及绝缘性能降低，最终导致绝缘击穿。当线路故障清除后，在短时间内闭合断路器，称为重合闸；由于实际上大多数架空线路故障为瞬时或暂时性的，因此重合闸是运行中常用的自恢复供电方法之一。本文将通过一起GIS隔离开关气室放电导致线路重合闸失败的事件，来分析GIS隔离开关气室放电对断路器重合闸的影响过程，并提出对GIS设备运维的改进和防范建议。

1 故障发生经过

2023年2月22日08时33分，某市110kV某变电站110kV某线线路保护动作，开关跳闸并重合成功。09时22分，该线线路保护再次动作，开关跳闸并重合成功。09时42分，该线线路保护再一次动作，开关跳闸重合失败。10时37分，运行人员在该变电站站测温，发现该线线路侧1014刀闸气室C相发热70℃（分相结构）、A、B相温度30℃，现场有烧焦味，其他二次设备正常，保护动作正常，复归信号。

故障GIS设备于2008年投运。

2 故障检查情况

故障发生后，检修专业对故障范围相关部件进行检查和测试，对1014刀闸气室内部进行检查时，发现1014刀闸内筒壁灼伤严重，筒壁底部存在大量金属残渣。对1014刀闸气室进行解体分析时，发现C相顶部支撑绝缘子有贯穿裂纹，支撑绝缘子被烧伤，瓷瓶表面有烧黑痕迹。而1014刀闸绝缘杆、CT气室均无放电痕迹。

结合相同类型设备的历史故障情况，初步推测是因此推测1014刀闸C相气室内下方动触头存在少量金属粉末等异物积累诱发的气室放电。

2.1 外观检查

故障发生后，检修专业对故障范围相关部件进行检查和测试，其中对1014刀闸回路电阻和插入深度进行检查，结果如下：

表1：1014刀闸回路电阻和插入深度进行检查数据

图1：插入深度测量B相（左）A相（右）

对1014刀闸机构进行检查，其中机构箱固定螺丝未松动，机构箱未发生影响输出行程的位移，机构连杆未松脱，卡销未脱落损坏，机构未发生行程损耗。

对同气室101B0和10140地刀进行检查，模拟操作101B0和10140地刀，地刀在机构上和本体上都分合闸到位，检查结果如下：

图2：机构箱元器件、螺丝、拐臂检查

表2：101B0和10140地刀模拟操作数据

根据以上测量和检查，1014刀闸对101B0和10140地刀无明显放电痕迹和通道，排除因地刀开距不足导致的放电。

气室内壁检查：对1014刀闸气室内部进行检查，发现1014刀闸内筒壁灼伤严重，筒壁底部存在大量金属残渣。

图3：气室内壁检查情况

2.2 试验检查

2月22日15时00分，高压试验专业对110kV太和站110kV进太乙线GIS间隔设备开展了回路电阻检查试验。试验前了解到在故障后110kV进太乙线转检修过程中1014刀闸电动操作分闸不成功，遂尝试进行手动分闸，但操作摇把稍转动一点后即卡死，1014刀闸处于半分合状态，同时101B0接地刀闸因闭锁也无法合上，因此无法分别单独测量101开关和1014刀闸的回路电阻，只能测量101开关和1014刀闸总的回路电阻，故实际回路电阻测量区间为101T0-10140（包含101T0地刀，不包含10140地刀），如图28所示。测试发现101T0-10140三相的回路电阻均达到十毫欧级，明显偏大，可能是由于1014刀闸处于半分合状态、触头接触不紧密或不完全造成的，因而此数据不能完全反映1014刀闸故障后的原始情况，只能反映对1014刀闸尝试分闸不成功后的情况。

图4：110kV太和站110kV进太乙线GIS间隔回路电阻测试示意图

表3：110kV太和站110kV进太乙线GIS间隔回路电阻测量结果

110kV进太乙线跳闸后，化学班组完成对110kV太和站#1主变101开关GIS间隔SF6气体试验及#1主变本体绝缘油试验，试验数据如下：

表4：110kV太和站#1主变本体绝缘油色谱分析数据

表5：110kV太和站101GIS间隔1014刀闸气室SF6气体数据

数据分析：

110kV太和站#1主变本体绝缘油色谱分析试验，数据合格。

#1主变101GIS间隔1014刀闸气室SF6气体SO2：＞99.9ul/l（超量程），H2S：＞99.9ul/l（超量程），微水1500ul/l，气室存在放电故障。

2.3 解体检查

1014刀闸绝缘杆检查：对1014刀闸气室进行解体，发现1014刀闸C相绝缘杆断裂，无放电痕迹，现场已测量绝缘杆从法兰面到导体面的长度为90mm,参考A、B相合闸到位位置的长度约为90mm，判断1014刀闸C相处于合闸到位位置，因此判断绝缘杆不是造成放电的原因，绝缘杆断裂是解体分析时拆卸外力导致（内部元器件烧熔无法拆卸）。

图5：1014刀闸绝缘杆检查

图61014刀闸绝缘杆分合闸行程测量

图7：1014刀闸支撑绝缘子

顶部支撑绝缘子检查：对1014刀闸气室进行解体，发现C相顶部支撑绝缘子有贯穿裂纹，支撑绝缘子被烧伤，瓷瓶表面有烧黑痕迹。

CT气室检查：对1014刀闸CT气室进行解体，检查发现C相CT气室筒壁内存在大量白色分解物，但无放电痕迹。

图8：CT气室内部筒壁

3 缺陷发展及原因分析

根据以上现场检查结果以及该故障线路前后四次重合闸动作情况以及该厂家同类型110kV GIS设备在近年其他变电站的开盖工作中，发现刀闸触头在多年运行多次分合后存在有金属粉末摩擦出来，掉落集聚在绝缘盆子的情况，分析原因为：1014刀闸C相气室内下方动触头存在少量金属粉末等异物（下图红圈范围内），杂质逐渐积累，当天该变电站另一110kV线路计划停电（对应该变电站内103间隔），103开关切开后，由101开关、102开关两个间隔带全站负荷运行，101开关负荷电流由70A上升至108A，运行状况的变化致使设备内部电场产生变化，诱发第一次轻微放电，第一次放电能量将杂质烧毁后放电通道消失，第一次重合闸成功。

图9：101开关GIS设备平面图

第一次放电后产生的故障电流对1014刀闸触头造成过流（设备额定电流2000A，故障电流5880A）发热，致使刀闸触头发热并再次产生少量金属杂质，金属杂质在气室内随即游走，在一定时间集聚再次形成放电通道导致了48分钟后第二次放电（故障电流6000A），产生第二次重合闸。同时第二次放电也产生更多的分解物，随着更多金属异物的积累，15分钟后相继发生第三次(故障电流5988A)及第四次放电(故障电流5899A)，经过多次放电对触头高能量电弧灼伤，致使1014刀闸触头熔断，产生强电场放电拉弧，造成线路跳闸，线路对侧开关第四次重合闸不成功。造成了此次事件。

4 改进建议和措施

故障GIS 设备厂家质量不佳，暴露该厂家各种部件、工艺等方面存在问题，造成设备整体运维可靠性低。针对该情况，后续应对该厂家该型号GIS设备安装局放在线监测设备，实时监测GIS设备的局放信息，在保护动作后及时收集数据分析，及时掌握设备运行状况。同时，要将强对设备的日常护理、检测及维修的管理。

更有效的措施是，在条件允许的条件下，对运行时间较长的该型号设备进行更换。

5 结语

GIS设备的稳定运行是保障电网可靠性的重要一环，本文针对一起GIS隔离开关气室异物积累造成气室放电，并不断积累恶化导致线路重合闸失败的事件，分析了GIS隔离开关气室放电对断路器重合闸的影响过程，并提出了对GIS设备运维的改进和防范建议。

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