孔 寧，程昭龍

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司菏澤供電公司，山東 菏澤 274012）

0 引言

非全相運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有較大影響。電力系統(tǒng)非全相運(yùn)行，特別是超、特高壓輸電線路的非全相運(yùn)行會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)和變壓器等主要電力設(shè)備構(gòu)成較大威脅。非全相運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生的零、負(fù)序電流和中性點(diǎn)電壓漂移，可能導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)，還可能導(dǎo)致避雷器長(zhǎng)時(shí)間承受工頻過電壓而過載爆炸，發(fā)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間承受負(fù)序電流導(dǎo)致過熱或燒毀，使發(fā)、供電企業(yè)蒙受較大經(jīng)濟(jì)損失。

在以往的電力系統(tǒng)非全相運(yùn)行事故分析案例中，大多數(shù)非全相運(yùn)行事故是由斷路器機(jī)械方面或電氣方面的故障所致，特別是分相操作機(jī)構(gòu)的斷路器，機(jī)構(gòu)失靈引起非全相運(yùn)行更為常見。事故統(tǒng)計(jì)表明，因斷路器引起的非全相運(yùn)行事故占50%以上［1-3］，而針對(duì)刀閘機(jī)構(gòu)問題引起的非全相運(yùn)行的案例則較為少見。

本文就一起由于GIS刀閘機(jī)構(gòu)安裝工藝問題引起的220 kV線路非全相運(yùn)行事故進(jìn)行了深入分析。由于事故誘因較隱蔽，造成故障定位困難，大大增加了事故分析難度，延長(zhǎng)了事故處理時(shí)間。因此，應(yīng)引起發(fā)、供電企業(yè)專業(yè)技術(shù)人員的重視。

1 事故經(jīng)過

220 kV甲乙Ⅱ線及兩側(cè)變電站部分主接線圖如圖1所示，根據(jù)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)SOE事件記錄，按事件先后順序描述整個(gè)事故經(jīng)過。

2017-05-26T16∶37∶00， 為配合 500 kV 甲站220 kV 2B號(hào)母線停電檢修，將220 kV甲乙Ⅱ線由熱備用轉(zhuǎn)檢修，220 kV乙站甲乙Ⅱ線214開關(guān)由運(yùn)行轉(zhuǎn)冷備用。

2017-05-27T00∶20∶00，500 kV 甲站 220 kV 1B號(hào)母線檢修工作結(jié)束，并根據(jù)調(diào)度指令逐步恢復(fù)原運(yùn)行方式。

2017-05-27T03∶02∶00，220 kV 乙 站 甲 乙Ⅱ 線214開關(guān)由冷備用轉(zhuǎn)運(yùn)行對(duì)甲乙Ⅱ線充電，220 kV乙站現(xiàn)場(chǎng)操作和檢查一切正常，500 kV甲站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員反映220 kV甲乙Ⅱ線線路避雷器出現(xiàn)異響，但經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

2017-05-27T03∶35∶00，500 kV 甲站合上 220 kV甲乙Ⅱ線220開關(guān)進(jìn)行合環(huán)，隨后220 kV甲乙Ⅱ線兩側(cè)保護(hù)裝置發(fā)“保護(hù)長(zhǎng)期啟動(dòng)”告警信號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，500 kV甲站側(cè)操作220開關(guān)合環(huán)后，甲乙Ⅱ線出現(xiàn)非全相運(yùn)行情況，A、B、C三相電流嚴(yán)重不平衡，對(duì)應(yīng)一次電流分別為：275.5 A、256 A和3.2 A，且保護(hù)裝置報(bào)出“保護(hù)長(zhǎng)期啟動(dòng)”告警信息。220 kV乙站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員立即對(duì)甲乙Ⅱ線214開關(guān)、214-1、214-2、214-3刀閘機(jī)械和電氣位置指示進(jìn)行仔細(xì)檢查，均未發(fā)現(xiàn)明顯異常。500 kV甲站檢查結(jié)果與220 kV乙站基本相同，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

2017-05-27T06∶00∶00，拉開 500 kV 甲站側(cè)甲乙Ⅱ線220開關(guān)，甲乙Ⅱ線“保護(hù)長(zhǎng)期啟動(dòng)”告警信號(hào)隨機(jī)消失。隨后通知220 kV甲乙Ⅱ線所屬地市公司對(duì)甲乙Ⅱ線進(jìn)行帶電巡線，但帶電巡線并未發(fā)現(xiàn)斷線情況。

2017-05-27T06∶59∶00，遙控拉開 220 kV 乙站側(cè)甲乙Ⅱ線214開關(guān)。

2017-05-27T09∶00∶00，運(yùn)行人員再次對(duì) 220 kV乙站甲乙Ⅱ線214開關(guān)及刀閘進(jìn)行檢查，仍未發(fā)現(xiàn)有任何異常。

2017-05-27T12∶59∶00，220 kV 乙站甲乙Ⅱ線214開關(guān)由熱備用轉(zhuǎn)冷備用，對(duì)線路開關(guān)及刀閘等設(shè)備進(jìn)行了進(jìn)一步檢查。

2017-05-27T15∶00∶00， 對(duì)甲乙Ⅱ線 214 開關(guān)及刀閘進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。調(diào)取甲乙Ⅱ線214間隔保護(hù)裝置和故障錄波數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析，除發(fā)現(xiàn)甲乙Ⅱ線500 kV甲站220開關(guān)合環(huán)后大約5個(gè)半周波后C相電流由256 A突降為3.2 A，兩套縱差保護(hù)裝置發(fā)“保護(hù)長(zhǎng)期啟動(dòng)”告警信號(hào)外，其他未發(fā)現(xiàn)任何異常。

圖1 220 kV甲乙Ⅱ線及兩側(cè)變電站主接線

2 數(shù)據(jù)分析與GIS解體檢查

2.1 故障錄波數(shù)據(jù)分析

為確定220 kV甲乙Ⅱ線出現(xiàn)非全相運(yùn)行的原因，針對(duì)220 kV甲乙Ⅱ線兩側(cè)的站內(nèi)故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)分析。

圖 2 為 2017-05-27T03∶05∶00，220 kV 甲乙Ⅱ線自220 kV乙站側(cè)空充運(yùn)行時(shí)的故障錄波圖。從乙站220 kV甲乙Ⅱ線214開關(guān)合閘后甲乙Ⅱ線與丙丁線的電壓錄波圖對(duì)比可以看出，與正常運(yùn)行的丙丁線線三相電壓波形相比，甲乙Ⅱ線C相電壓波形在波峰、波谷處出現(xiàn)了許多不均勻的毛刺和缺口，其零序電壓3U0的波形也能反映出C相電壓的異常狀況。由于乙站220 kV甲乙Ⅱ線的電壓取自線路側(cè)三相電壓互感器。因此，線路電壓波形的異常，能夠在一定程度上反映出本間隔存在異常情況。

圖 3、 圖 4 分別為 2017-05-27T03∶35∶00，220 kV甲乙Ⅱ線合環(huán)運(yùn)行時(shí)500 kV甲站和220 kV乙站側(cè)的故障錄波圖。可以看出在500kV甲站220 kV甲乙Ⅱ線220開關(guān)合閘后約5個(gè)半周波后甲乙Ⅱ線C相電流幾乎降至零，同時(shí)出現(xiàn)較大的零序電流，表明出現(xiàn)明顯的非全相運(yùn)行情況。

至此，從220kV甲乙Ⅱ線空充運(yùn)行和合環(huán)運(yùn)行后的故障錄波圖可以明顯得出結(jié)論：220kV乙站設(shè)備存在某種異常情況，造成合環(huán)后出現(xiàn)非全相運(yùn)行狀態(tài)。

圖2 220 kV甲乙Ⅱ線空充運(yùn)行時(shí)乙站側(cè)故障錄波

圖3 220 kV甲乙Ⅱ線合環(huán)運(yùn)行時(shí)甲站側(cè)故障錄波

圖4 220 kV甲乙Ⅱ線合環(huán)運(yùn)行時(shí)乙站側(cè)故障錄波

2.2 GIS設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

按照220 kV甲乙Ⅱ線故障錄波數(shù)據(jù)分析結(jié)論，雖然可以初步判定220 kV乙站設(shè)備存在問題，但通過變電技術(shù)人員的反復(fù)檢查并不能定位故障設(shè)備和確定故障原因。因此，最終決定對(duì)220 kV乙站甲乙Ⅱ線214間隔GIS設(shè)備進(jìn)行停電檢查，開展開關(guān)機(jī)械特性試驗(yàn)、間隔回路電阻測(cè)試和間隔氣室氣體成分分析。

通過GIS設(shè)備試驗(yàn)，220 kV甲乙Ⅱ線214間隔開關(guān)機(jī)械特性試驗(yàn)結(jié)果一切正常。將214-D1、214-D2和214-D3接地極短接銅排拆開后，分別自214-D1接地極至214-D2接地極對(duì)214間隔開關(guān)回路電阻進(jìn)行測(cè)試，自214-D2接地極至214-D3接地極對(duì)214-3刀閘回路電阻進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。從回路電阻測(cè)試結(jié)果可以看出214-3刀閘A相回路電阻偏大，C相回路存在開路情況。

表1 回路電阻測(cè)試結(jié)果

隨后又對(duì)214-3刀閘氣室的SF6氣體進(jìn)行了取樣檢測(cè)，氣體檢測(cè)結(jié)果如表2所示。結(jié)果顯示SF6氣體分解產(chǎn)物SO2和H2S氣體含量均嚴(yán)重超標(biāo)。因此，基本可以判定：220 kV乙站甲乙Ⅱ線214-3刀閘氣室C相刀閘導(dǎo)體已經(jīng)放電燒損，需立即解體檢修。

表2 214-3刀閘氣室SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)結(jié)果

2.3 GIS隔離刀閘解體檢查

轉(zhuǎn)檢修后，對(duì)甲乙Ⅱ線214-3隔離刀閘及214-D2接地刀閘進(jìn)行了解體，解體部位如圖5所標(biāo)注的放電異常位置。發(fā)現(xiàn)214-3隔離刀閘C相動(dòng)、靜觸頭均有明顯的燒蝕痕跡，214-D2接地刀閘動(dòng)、靜觸頭被熏黑，氣室內(nèi)部有大量粉塵，如圖6所示。氣室殼體內(nèi)表面無燒蝕痕跡，絕緣子表面無異常。對(duì)214-3隔離刀閘的解體檢查結(jié)果充分印證了214-3刀閘C相導(dǎo)體已經(jīng)放電燒損的判斷。

圖5 甲乙Ⅱ線214間隔斷面及放電異常部位示意

圖6 事故后214-3刀閘和-D2接地刀閘動(dòng)、靜觸頭

3 設(shè)備故障原因深層剖析

220 kV乙站變電工程Ⅰ期于2011-05-10建成投運(yùn)，220 kV開關(guān)設(shè)備采用ZF16-252型GIS組合電器。220 kV甲乙Ⅱ線214間隔系2013年Ⅱ期擴(kuò)建工程中建設(shè)，2013-10-15投入運(yùn)行。發(fā)生故障的隔離、接地刀閘靜觸頭通過彈簧箍緊導(dǎo)電觸指，保證觸指與插入其中的隔離動(dòng)觸頭緊密壓接，其內(nèi)部導(dǎo)體裝配剖面如圖7所示。

圖7 故障隔離、接地開關(guān)內(nèi)部導(dǎo)體裝配剖面

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備解體情況，對(duì)隔離開關(guān)分合閘定位標(biāo)識(shí)進(jìn)行了精確測(cè)量，如圖8所示。結(jié)果顯示A相外拐臂合閘欠位和分閘過位距離約為2 mm，C相外拐臂合閘欠位和分閘過位距離約為3 mm，B相外拐臂分、合閘均無誤差。因此，A、C相刀閘合位時(shí)分別存在-2 mm和-3 mm的固有誤差，再加上電操機(jī)構(gòu)分、合閘時(shí)存在約±2 mm的誤差，導(dǎo)致A、C相刀閘拐臂可能存在的最大行程誤差分別為-4 mm和-5 mm。通過刀閘虛接狀態(tài)模擬試驗(yàn)知當(dāng)?shù)堕l外拐臂與定位點(diǎn)差5～6 mm時(shí)，刀閘內(nèi)部動(dòng)、靜觸頭剛好處于虛接狀態(tài)。綜上，判定此次事故為C相刀閘外拐臂合閘行程誤差過大導(dǎo)致動(dòng)靜觸頭間接觸電阻過大，最終導(dǎo)致C相刀閘動(dòng)、靜觸頭放電燒損。

圖8 214-3刀閘分、合閘定位點(diǎn)測(cè)量

經(jīng)分析，A、C相刀閘存在行程誤差是由本體相間距變化所造成。圖9為刀閘連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意，由于施工人員在Ⅱ期擴(kuò)建施工對(duì)接分支母線時(shí)，為保證出線套管的安裝位置對(duì)應(yīng)，對(duì)三相分支母線的相間距進(jìn)行了調(diào)整，但按照設(shè)備廠商要求現(xiàn)場(chǎng)安裝人員不得隨意改變分支母線相間距離，如有調(diào)整，必須重新校準(zhǔn)刀閘分合閘定位點(diǎn)，以保證刀閘分合閘充分到位。但實(shí)際情況是設(shè)備安裝人員在對(duì)分支母線相間距離調(diào)整后，未重新調(diào)整刀閘機(jī)構(gòu)連桿長(zhǎng)度和對(duì)刀閘定位標(biāo)識(shí)進(jìn)行復(fù)核校準(zhǔn)，造成刀閘傳動(dòng)外拐臂出現(xiàn)較大行程誤差導(dǎo)致事故發(fā)生。

圖9 214-3刀閘機(jī)械連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意

4 結(jié)語

對(duì)一起由于GIS刀閘機(jī)構(gòu)安裝工藝問題引起的220 kV線路非全相運(yùn)行事故進(jìn)行了詳細(xì)分析。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，非全相運(yùn)行事故大多由斷路器機(jī)械方面或電氣方面的故障導(dǎo)致，特別是分相操作機(jī)構(gòu)的斷路器，機(jī)構(gòu)失靈引起非全相運(yùn)行更為常見。但該起由刀閘機(jī)構(gòu)問題引起的非全相運(yùn)行事故誘因較為隱蔽，造成故障定位困難，增加了現(xiàn)場(chǎng)事故分析難度，延長(zhǎng)了事故處理時(shí)間。因此，此類非全相運(yùn)行事故應(yīng)引起發(fā)、供電企業(yè)技術(shù)人員的重視。在工程建設(shè)施工中，應(yīng)嚴(yán)格把控設(shè)備安裝工藝，避免類似事件發(fā)生，防止造成不必要的經(jīng)濟(jì)損耗。