GIS盆式绝缘子单相接地事故分析及处理

刘德翼

（四川华能涪江水电有限责任公司， 四川成都 610041）

摘 要：介绍了华能木座电站252kV气体绝缘组合封闭电器（GIS）盆式绝缘子破裂引起

接地故障的原因、现象和处理。并在文中说明了GIS设备的比较优势，提出了GIS设备在制造、安装、检查、试验、运行环节上的建议。

关键词：GIS 盆式绝缘子 接地 分析 处理

1. 概述

木座水电站位于四川省绵阳市平武县西北部涪江上游左岸最大的一级支流火溪河上，装机容量为2×50MW木座水电站。电站电气主接线方式为发电机-变压器单元接线。电站出线共3回， 1回220kV出线与上游自一里电站相连，一回220kV出线与下游阴坪电站相连，一回220kV出线接入江油天明变电站。

气体绝缘封闭式组合电器（GIS）是随着绝缘技术的发展而产生的，由断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等主要电气设备组合而成，采用具有优异灭弧能力和绝缘能力的SF6气体作为绝缘介质。GIS组合电器具有结构封闭紧凑、占用面积小，运行不受外部环境影响、不产生噪音和无线电干扰，故还具有环保的优势，安装方便，维护工作量少，运行安全可靠等优点。

木座电站GIS由上海西安高压电器研究所设计、生产及安装。额定电压等级为252kV，主母线采用三相共箱，断路器和分支母线采用三相分箱结构。主接线方式为分段母线接线，共有母线PT间隔2组、出线间隔3组、进线间隔2组、母线联络间隔1组，线路侧接地开关采用快速接地开关，断路器操动机构为ABB进口液压弹簧机构，隔离开关、接地开关（包括快速接地开关）采用电动操作机构，均由西安高压电器研究所生产。相关技术参数及主接线如下：

型号

额定短时工频耐压 额定电流

断路器SF6气体压力(20℃表压) 断路器气体闭锁压力 其他气室报警压力

ZF1-252 395kV 2000A 0.6Mpa 0.50Mpa 0.35 Mpa

额定电压 额定雷电冲击电压 额定短时耐受电流 断路器气体报警压力 其他气室压力

252kV 950kV 40kA/3s 0.55Mpa 0.4 Mpa

2. 事故经过

2007年9月24日晚，#2主变处于空载状态， #1主变压器处于运行状态。#1主变压器低压侧 10kVⅠ段母线41DL断路器合闸，站用变压器41B带全部站用电，外引400V Ⅲ段处于热备用，400V站用电备自投装置投入。220kV 线路保护、220kV母线保护、#2主变压器、#1主变压器保护都投入。

2009年9月25日凌晨，400V站用电消失，400V备自投启动，外引400V Ⅲ段电源投入。GIS #1主变压器汇控柜上“变压器断路器SF6气体低报警”光字牌动作， #1主变压器断路器室SF6气体压力由额定压力0.60Mpa降低至0.52Mpa，#1主变压器高压侧气室压力由额定压力0.40Mpa升高为0.52Mpa。

集控中心计算机监控系统报 “1#主变压器差流速断保护动作”的信号。现场检查发现变压器保护动作信息如下:

主变差流速断C相动作

保护动作时刻：2007年09月25日00时15分42秒 保护动作时间：15ms

保护故障序号：560 共有18个动作数据 01 高压侧A相电流 12.01∠049°A 02 高压侧B相电流 11.90∠049°A

03 高压侧C相电流 23.91∠229°A 04 低A分支A相电流 0.00∠000°A 05 低A分支B相电流 0.00∠000°A 06 低A分支C相电流 0.00∠000°A 07 低B分支A相电流 0.00∠000°A 08 低B分支B相电流 0.00∠000°A 09 低B分支C相电流 0.00∠000°A 10 低C分支A相电流 0.00∠000°A 11 低C分支B相电流 0.00∠000°A 12 低C分支C相电流 0.00∠000°A 13 A相差动电流 12.01A 14 A相制动电流 12.01A 15 B相差动电流 11.90A 16 B相制动电流 11.90A 17 C相差动电流 23.91A 18 C相制动电流 23.91A

3. 故障分析

根据GIS本身的报警信号和SF6气体压力变化分析，初步判断主变高压侧气室和断路器气室SF6气体已经贯通，气室之间的盆式绝缘子应该破裂并且接地导致变压器保护差流速断保护动作。

根据继电保护动作情况分析，主变保护动作，而母差保护、线路保护均未动作，排除220kV母线和线路发生接地故障的可能。变压器保护A相动作电流与B相动作电流相位一致，幅值大小基本相同。#1变压器保护A相故障电流与B相故障电流之和等于C相故障电流，且相位差为180°。母差保护的一组CT安装在断路器的主变高压侧，而变压器差动保护的一组CT安装在断路器的母线侧侧，根据保护配置、保护范围以及保护用CT的安装位置，结合汇控柜1#主变高压侧间隔的相关压力变化情况确定，故障相为C相，故障点应该发生在变压器保护范围之内和母差

保护范围之外的区域。接地故障原理图和相量图如下：

综合以上分析，按照#1主变间隔的气室结构和分布，确定故障点为#1主变高压侧断路器C相气室和主变高压侧的C相气室之间的盆式绝缘子。该盆式绝缘子破裂且发生了单相接地故障。在将SF6气体回收之后拆开该气室，印证了之前的分析判断。该绝缘子故障后情况见下图：

4. 绝缘子破裂原因分析

GIS作为一种技术先进、结构紧凑、性能可靠和免维护型高压组合电器，应该说出现这种事故的概率很低。通过对于该事故认真全面的分析，认为可能是以下的原因造成的。

其一 盆式绝缘子本身固有的质量缺陷。该盆式绝缘子是GIS厂家的外协厂家生产制造。GIS厂家对于盆式绝缘子质量的认可依据是盆式绝缘子厂家的出厂合格证和出厂检验报告。盆式绝缘子经过包装、运输之后到达GIS厂家后，GIS厂家仅在预装后做整体电气强度试验，没有对盆式绝缘子进行局部放电试验和无损机械强度试验。该盆式绝缘子本身有可能存在局部放电和机械强度不够的缺陷。因

此在经过局部放电累积效应和机械损伤疲劳累积效应作用之后，产生事故。

其二 安装质量和工艺把控不严。由于GIS设备技术含量较高，因此本设备由生产厂家承担安装，机电安装单位配合安装。但GIS厂家技术人员在安装过程中，没有严格按照产品的安装作业指导书和安装质量控制体系执行。在导体和盆式绝缘的对接安装过程中可能导致该盆式绝缘子受到了碰撞，导致机械强度受损。同时在安装过程中没有复核GIS基础的水平度和法兰端面的垂直度，导致盆式绝缘子端面的机械受力也有可能不一致，所受应力无法消除。另外断路器的操作将产生压力冲击和机械震动，经过累积效应之后导致了盆式绝缘子产生裂纹发生单相接地。

5. 事故处理

经过以上的事故分析和原因分析后，为了保证GIS能够尽快投入运行，减少经济损失，同时保证GIS的检修质量，制定出了以下的处理方案。

与制造厂家取得了联系，通报事故的现象和原因分析。要求制造厂家尽快派出事故处理人员，准备盆式绝缘子的备件并进行耐压试验、局放试验和探伤检查，尽快到达现场对破裂绝缘子进行更换。

现场立即进行气体回收处理，拆卸设备。将GIS室得通风风机全部投运，并开全部窗户，避免人员SF6气体中毒。进行拆卸时注意对相临间隔的保护，避免事故扩大。拆卸后重新检查和复核盆式绝缘子端面的水平度和垂直度，更换上新盆式绝缘子后再次复核。更换灼烧后的铝导体，测量该导体与盆式绝缘子的接触电阻。在SF6气体灌装前后进行检测SF6气体进行微水含量，确保微水含量满足规范要求。回装完成后，采用包扎法测量SF6气体的泄漏，气体泄漏量应满足规程要求。

重新进行耐压试验。故障处理完毕，根据规范要求重新进行耐压试验，由于设备刚投运，按照试验单位的建议，设备制造厂家同意试验按照《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》（GB50150-2006）中相关要求进行试验。

由于对事故分析判断正确、方案制定得当，备件准备、现场拆除、试验单位的联系准备并行实施，仅用3天时间，木座电站GIS重新投入运行。

6. 建议

由于GIS设备具有结构紧凑，技术成熟先进，同时维护工作量小等突出优势，因此越来越得到广泛的使用和认可。但如果出现了事故，处理的难度和工作量相对于普通敞开式开关设备要大的多。因此厂家应该严格生产过程质量控制，加强出厂检验，在安装环节认真编制安装作业指导书，安装过程中严守质量关、工序关和工艺关。注意安装环境的清洁、安装的温度、湿度，安装过程中复核水平度和垂直度。切忌犯经验主义错误，要把质量控制体系落实到实处。

交接试验合格与否仅仅是设备能否投运的基本判断，设备质量需要经过各种运行工况和运行时间的考核来验证。运行单位应加强巡视检查和观察记录相关压力值，认真分析历史数据的细微变化，建立设备的运行、维护和检修的台帐。而对于检修维护单位则要根据不同的GIS产品编制针对性强的检修维护方案，严把检修的工艺、工序和试验，将设备的在线检测和停电检修试验结合起来，确保GIS设备正常运行。