GIS刀闸因机构问题造成刀闸未合到位引起动触头放电故障分析报告.docx

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GIS刀闸因机构问题造成刀闸未合到位引起动触头放电故障分析报告

110kV后田变GIS内部放电故障分析报告

一、故障经过

11月28日23时11分，#2主变由热备用转合环运行后，#2主变差流速断、比率差动保护动作，跳110kV内桥160、#2主变602开关。

运行人员对差动保护范围内的设备进行检查，未发现异常现象或明显故障点。

将#2主变转检修隔离，10kVⅡⅣ段母线负荷转由#1主变供电，未损失负荷。

二、故障设备情况

110kV后田变于2009年9月投运，#2主变为杭州钱江电气集团股份有限公司生产的SZ10-40000/110型变压器。

110kV设备采用河南平高电气股份有限公司GIS组合电器，型号为ZF12-126。

#2主变差动保护采用山东烟台东方电子信息产业股份有限公司生产的DF3330E保护装置。

故障设备情况

三、故障前运行方式

110kV官田线161开关带#1主变供10kVⅠ段母线运行，内桥160、16M开关及#2主变在热备用，10kV母分600开关在热备用。

四、#2主变送电过程

11月28日21时，因配合输电线路作业而停电的后田变2#主变开始恢复送电。

22时26分47秒，后田变#2主变由热备用转空载运行（合内桥160开关）；22时33分44秒，#2主变602开关合环运行，发现#2主变低压侧无电流遥测值后，于22时55分断开2#主变10kV分支一602开关；现场判断为负荷电流太小导致无遥测值后，23时04分36秒，#2主变602开关再次合环运行，23时11分12秒275毫秒，2#变差动保护装置差流速断出口，23时11分12秒287毫秒，2#变差动保护装置比率差动保护出口跳160、602开关。

五、现场检查试验情况

1、设备外观检查：

通过检查主变、10kV开关柜及GIS设备外观，均未发现明显异常；各开关、刀闸的电气指示、机械指示正常。

2、#2主变保护：

检查#2主变差动CT二次回路正常。

对差动保护装置差动电流启动值、差动速断值、比率制动、二次谐波制动项目进行复测，装置均正确动作。

3、#2主变本体检查试验：

对高压侧各分接档位直流电阻、高压侧套管介损值及电容量测试，主变绕组绝缘、绕组介损值及电容量测试，绕组变形、绕组直流泄漏、铁芯及夹件绝缘电阻试验结果正常；主变油色谱、微水试验正常。

4、110kVGIS试验：

对主变侧套管引线至内桥16016地刀处的回路电阻、绝缘电阻进行测试，未发现明显异常；对110kVII段母线上6个气室SF6气体纯度、微水、分解物进行测试，除发现1622隔离开关气室的分解物SO2严重超标（300μL/L），微水较上次试验有较大幅度上升外，其余均正常。

5、10kV侧检查：

对602开关外观检查正常，外壳、触头无烧蚀、放电等异常现象；对主变10kV出线至6022开关柜进行绝缘试验，结果正常。

6、直流系统检查：

调取直流系统的报告，未发现存在直流电源失地或故障问题。

直流系统运行记录

六、现场解体检查情况

29日下午18时许，回收SF6气体后，拆开手孔封板，发现1622刀闸三相动触头表面均有不同程度的烧伤黑点，其中A、C相较为明显，B相最轻微；A相静触头处的屏蔽桶有一烧伤点；三相的绝缘拉杆均有不同程度的烧伤。

图1三相触头情况

图2A相动触头

图3B相动触头

图4C相动触头

图5管壁烧伤情况

图6三相静触头情况

图7三相静触头情况

12月6日下午，省公司生产部、电科院、平高厂及公司相关技术人员，在公司检修大仓库对1622刀闸进行深入解体试验，详细过程如下：

1、恢复隔离开关与本体之间的连杆，根据二次原理图给机构接通电源；

本次现场问题处理时隔离开关机构和故障本体同时更换，基本保持了机构和本体发生故障时的原始状态，因此此次分析结果基本可以反映现场故障时的真实情况。

2、手动操作两次隔离开关后，电动操作，测量隔离开关动触头行程；

结果显示：

隔离开关动触头行程为118mm，与出厂试验记录的117mm基本吻合，满足技术条件要求值120±5mm。

3、利用万用表及辅助工具测量隔离开关三相动触头超行程；

结果显示：

A相为11mm，B相为10mm，C相为15mm，满足技术条件要求值≥10mm。

（由于触头有烧损，此项内容仅作参考）

4、隔离开关合闸到底后，测量三相回路电阻；

结果显示：

A相为55.8μΩ，B相为59.1μΩ，C相为30.5μΩ。

（由于隔离开关动静触头有烧损，此数据基本满足要求。

）

5、对线隔本体进行解体分析：

1）在完成对故障隔离开关的行程、超行程、同期及回路电阻测量后，对线形隔离开关进行了解体，首先拆除了隔离开关静触头侧的绝缘盆子，对隔离开关静触头的烧蚀情况进行分析。

三相静触头烧蚀情况

A相静触头

B相静触头

C相静触头

从三相静触头的烧蚀情况看，静触头屏蔽罩均出现环形烧蚀，屏蔽罩的圆形边缘被烧蚀溶化，三相边缘溶化比较均匀。

说明放电时，触头距离屏蔽罩比较近，在三相均产生放电电弧。

拆掉三相静触头的屏蔽罩，三相静触头触指上均有被烧蚀的痕迹，B相静触头内部触指抱紧弹簧烧断一根。

三相静触头拆掉屏蔽罩后的情况

B相静触头的触指抱紧弹簧被烧断一根

2）检查隔离开关壳体内部动触头烧蚀情况。

筒体放电点

B相静触头的触指抱紧弹簧被烧断一根

通过对动触头及筒体内部烧蚀情况的检查，A、Ｂ、Ｃ三相动触头端部均有放电烧蚀痕迹，筒体内部在隔离断口的正上方有较大面积的漆膜被烧黑，在靠近Ａ相位置的筒壁上有一点状放电烧蚀痕迹，应为Ａ相对筒壁形成对地放电通道时烧蚀形成。

三相绝缘拉杆上有放电时高温熏烤发黑的痕迹，但是绝缘拉杆本身没有出现放电闪络痕迹。

B相拉杆的烫伤发黑点

烫伤发黑点朝上第一个位置

烫伤发黑点朝上第二个位置

B相绝缘拉杆圆周上有一小片碳化发黑，此状况不是拉杆本身闪络产生，而是故障时，放电电弧烧溶化的物质落在拉杆表面，把拉杆表面烫伤碳化的结果。

因此，故障产生时，B相拉杆被烫伤的一面是正对着筒体的上方。

通过手动隔离开关合闸，寻找隔离开关B相拉杆被烫伤表面朝上的位置，然后测量隔离开关行程来推断故障开始时动触头的位置。

通过测量，第一个B相拉杆烫伤发黑点朝上时的行程是16mm，第二个B相拉杆烫伤发黑点朝上时的行程是91mm。

由此我们可以判断，故障开始时，隔离开关动触头处于行程在大致91mm处。

3）对绝缘拉杆的检查

拆除隔离开关的传动齿轮箱，取出绝缘拉杆，未找到绝缘拉杆上面有放电闪络痕迹，发黑部位是放电溶化物烫伤的结果。

拉杆表面被烫伤

动触头触座

七、原因分析

（一）继电保护装置动作情况分析

1、继保人员对现场进行了检查分析，查阅了#2主变差动保护的故障动作记录报文及故障录波图（如下图）

故障时间2011年11月28日23时11分12秒275毫秒，2#变差流速断出口

差电流A=34.02,差电流B=0.5487,差电流C=34.18,Ia高侧=61.8,Ib高侧=0,

Ic高侧=0.3658Ia中侧=0,Ib中侧=0,Ic中侧=0,Ia低侧=0.5487,Ib低侧=0.4442,

Ic低侧=0.4703,Ia低侧2=0.02613,Ib低侧2=0,Ic低侧2=0

2、调取220kV官桥变侧故障录波波形，发现有明显的故障电流产生。

3、查差动速断电流整定值为21.2A，而高压侧A相故障电流大于整定值，可推断保护动作行为正确。

（二）SF6气体测试结果分析

对主变110kV侧1622隔离开关气室的SF6气体组分含量进行了测量，结果为SO2含量300μL/L，远大于标准值2μL/L。

详细如下表所示：

根据对6个气室SF6气体分解物的测试结果，可以推断1622刀闸气室曾经发生过较为严重的放电故障。

（三）隔离开关动作分析

根据对隔离开关动触头的行程、超程、同期的测量以及对隔离开关内部动、静触头的检查，我们可初步认为，造成本次F4间隔线形隔离开关QS1出现拉弧的原因是隔离开关未合闸到位。

动触头在91mm行程处与静触头相对位置示意图

动触头在合闸行程91mm处停止，此时动触头已经进入静触头屏蔽罩尚未与触指接触，动触头距刚合点的距离在15～20mm左右，动触头与静触头间构成不均匀电场，送电时在电压的作用下，造成15～20mm左右的不均匀电场气隙被击穿，电弧在屏蔽罩和触指间形成，造成三相静触头的屏蔽罩和触指被烧蚀，在电弧燃烧过程中，受热气流的作用，在A相触头附近的筒壁上形成对地放电通道，对地短路故障。

故障发展的过程与了解的现场操作过程故障录波情况相吻合，据了解，送电时合断路器后发现无电流，随后才出现接地短路故障，从录波上看，在11月29日0时50分28秒时出现三相电流波动，但电压正常，未显出现出现对地断路器故障，持续一段时间随后才出现A相对地短路故障，这一点说明是先出现气隙击穿电弧燃烧，由于电弧不稳定引起电流波动，随作电弧的燃烧形成对地短路故障。

故障时隔离开关动触头在行程91mm处，未合闸到底，但运行人员反映，当时就地控制柜信号和机械位置均显示隔离开关已经合闸。

通过手动摇动机构分合，用万用表测机构辅助开关的切换位置，经过检测，在机构分合到70～80%左右位置时辅助开关切换。

在隔离开关行程91mm处，机构已经合闸到76%左右，辅助开关此时已经切换，因此在就地控制柜看到的信号是在合闸位置。

动触头在91mm行程处与静触头相对位置示意图

隔离开关控制原理图

在隔离开关二次控制原理中，-KE合闸控制接触器，-KA为分闸控制接触器，-SL1为合闸回路行程开关，在机构合闸到终了位置时，机构上的凸轮会顶开-SL1行程开关的接点，使机构合闸控制回路断电。

-SL2为分闸回路行程开关，在机构分闸到终了位置时，机构上的凸轮会顶开-SL2行程开关的接点，使机构分闸控制回路断电。

机构遥控合闸时，遥控合闸信号电源经-K1的21：

22接点使接触器-KE的线圈带电吸合，-Ke的接点43：

44闭合，形成控制电源的自保持回路，在合闸终了时，-SL1行程开关的接点被顶开，控制回路断电，-KE接触器线圈失电，铁芯断开吸合，同时-KE的辅助接点动作将电机电源回路切断，电机停转，合闸过程结束，在机构合闸操作过程中，-KE的线圈不需一直带电，假如在合闸过程中出现断电情况，控制回路的自保持作用消失，电机停转，机构合闸操作停止，这样隔离开关的动触头就会出现未合闸到位停在中途的情况，如果此时机构的辅助开关已经切换，显示合闸位置信号，同时遥控合闸命令的信号电源也被机构的辅助开关转换切掉，这时机构将不会再进行操作，除非重新给出合闸命令。

如果-KE的线圈出现断电时，机构的辅助开关尚未切换，此时合闸信号命令还没有被辅助开关切换掉，那么-KE的线圈会重新带电，重新形成自保持回路，完成机构的合闸操作，本次故障是在隔离开关操作形成的91mm处出现停止（怀疑是此时出现了控制电源停电情况），此时辅助开关已经切换，合闸命令信号已经被切除，因此不能完成合闸操作，由于隔离开关未合闸到位，辅助开关又已经切换，信号显示合闸成功，最终导致在合闸断路器送电后出现烧损故障。

（四）分析结论

根据现场的解体现象分析，初步推断故障原因为刀闸三相合闸不能完全到位，在经过负荷电流的情况下拉弧，最终导致A相对地放电及相间短路。

经过对故障隔离开关的测量和解体检查分析，我们可以初步得出故障的分析结论：

1、通过对隔离开关的行程、超程、同期以及回路电阻的测量，测试数据合格，经过各个部门专家的讨论，一致认为造成本次隔离开关故障的原因不是隔离开关本体的问题，应该是操作机构问题引起。

2、本次故障是由于机构合闸过程中，隔离开关合闸未到位，隔离开关动触头在距离刚合点位置15～20mm左右（合闸行程91mm处左右）停止，在送电时三相动触头与静触头间出现电弧，电弧燃烧后引起对地短路故障。

3、隔离开关动触头在合闸行程91mm处机构停止运动，此时机构的辅助开关已经切换，信号显示合闸成功，使造成隔离开关合闸到位的假象。

4、机构在合闸过程中因合闸接触器-KE线圈断电出现动作停止，断电原因可能是：

电源回路、电缆插接件或机构内部电源回路的接线存在虚接现象，造成在合闸过程总合闸接触器-KE线圈瞬间失电，辅助接点断开造成机构停止操作；或者合闸接触-KE本身质量不稳定，在操作过程中受震动或一些偶然因素影响，出现断开吸合等现象，具体原因有待于故障本体及机构返厂后再进行进一步的试验和分析。

附件1：

后田变主接线图