220kV变电站一起母线刀闸缺陷分析及处理

摘要：本文阐述了一起220kV变电站种因GIS刀闸质量问题造成的双母线失压的事故，分析了其故障原因，并提出应对与整改措施，以保证电网的安全稳定运行。 关键词：220kV；GIS刀闸；异常缺陷；分析；处理措施

在电力系统中，刀闸是输变电系统中的一个重要元件，同时也是一种保证停电检修安全的设备，直接影响着系统供电的可靠性和安全性。变电运行过程中，常常在倒闸操作过程中出现故障，给电网的安全运行和人身安全造成很大的安全隐患。因此提高刀闸故障处理的效率就显得至关重要。本文主要针对某200kV变电站的GIS设备进行倒闸操作时发生的一起双母线失压事故，通过分析故障的发生原因，并提出了应对措施，以期为防止同类事故的发生提供参考与借鉴。 1 事故过程

为了保障电站的安全运转，某电站计划对220kV南征线208开关进行预试定检工作，在由“冷备用”转“检修”的操作过程中，由于208开关母线闸刀2081 B，C2相未拉开，当合上208开关母线侧20829接地刀闸后，该站220kV 1M母差保护动作（B，C相对地短路），导致220kV 1M失压，跳开220kV母联210开关及1号主变211开关；1144ms后220kV 2M母差保护动作，造成220kV 2M失压、跳开征兴Ⅱ回路204等开关，最终导致220kV 1M，2M母失压，1号主变停运，对应110kV 1M母线失压。故障GIS间隔布置如图1所示。

图1 故障GIS间隔 2 原因分析

这起发生事故的源头是为GWG18-252的刀闸型号，于2012年投运，该单位共计在运12组。

根据故障情况，组织对故障间隔的2081，2082刀闸进行了解体检查，同时对同型号的2111刀闸的传动机构及密封情况也进行了解体检查。结果发现造成本次事故的主要原因是220kV 2081刀闸连接机构因密封不良进水，引起刀闸机构轴封、传动轴及齿轮等锈蚀严重而产生卡涩，导致A，B相连接机构尼龙齿轮无法承载负荷扭矩而断裂，致使B，C相刀闸分闸行程不够，未完全分开，如图2所示。当合上20829接地刀闸时，220kV 1M母线直接接地，母差保护动作跳开220kV 1M母线。同时，由于2082刀闸与20829地刀在同一气室，金属性故障短路电流的拉弧作用使该气室内SF6气体电离分解，绝缘强度降低，发展成为220kV 2MB，C相对地短路，导致220kV 2M也跳闸。这是一起因设备质量问题而造成的带电合地刀恶性误操作事故，暴露出以下3个问题：

图2 刀闸传动轴示意图

（1）该型GIS设备操作机构密封设计、选材及工艺存在严重质量问题，易进水而引起传动机构轴封、齿轮等位置锈蚀而产生卡涩，进而导致刀闸分闸不到位； （2）尼龙齿轮的强度不够，设计选材不当；

（3）封闭设计导致运行巡视时无法及时发现刀闸机构密封部分的锈蚀情况。 3 操作预案

根据统计，该型号GIS刀闸在另外2个220kV及1个500kV变电站也在使用，通过初步检查也发现类似严重锈蚀问题。为确保电网安全，杜绝因设备问题引起的误操作，在未整改之前，必须禁止相关刀闸的操作，制订操作预案，以应对在该缺陷整改过程中，相关线路及主变间隔出现故障跳闸、紧急缺陷，或因系统紧急情况而进行的电气操作。该操作方法有别于常规的停送电操作，以有同型号GIS 设备的某双母线带旁路接线方式的220 kV 变电站、220 kV 母线及220 kV 中新甲线线路间隔（该间隔内所有刀闸都不能操作）为例，制订操作预案如下。该刀闸所在线路接线如图3 所示。

图3 该刀闸所在线路接线

（1）220 kV 1M 母线由“运行”转“检修”（220 kV 中新甲线运行于220 kV 1M 母线）。 ① 220 kV 中新甲线两侧由“运行”转为“热备用”。

② 该站除220 kV 中新甲线外，将运行于220 kV 1M 母线的间隔设备倒至2M 母线运行，220 kV 1M 母线由“运行”转“热备用”。

③ 该站220 kV 母联2012 开关由“热备用”转“冷备用”（中新甲线1M 母线侧刀闸仍在合闸位置）。

④ 对侧变电站220 kV 中新甲线线路由“热备用”转“检修”。

⑤ 该站在220 kV 中新甲线43104 刀闸靠线路侧装设1 组接地线。 ⑥ 该站220 kV 1M 母线由“冷备用”转为“检修”。

（2）220 kV 1M 母线由“检修”转为“运行”（220 kV 中新甲线43101、43104 刀闸在合闸位置）。

① 该站 220 kV 1M 母线由“检修”转“冷备用”。

② 拆除该站在220 kV 中新甲线43104 刀闸靠线路侧装设的1 组接地线。 ③ 对侧变电站220 kV 中新甲线线路由“检修”转“热备用”。

④ 该站220 kV 1M 母线由“冷备用”转“运行”，220 kV 母线恢复正常方式。 ⑤ 220 kV 中新甲线两侧由“热备用”转为“运行”。

（3）220 kV 中新甲线线路由“运行”转“检修”（220 kV 中新甲线运行于220 kV 1M 母线）。 ① 该站除220 kV 中新甲线外，将运行于220 kV 1M 母线的间隔设备倒至2M 母线运行，220 kV 母联2012 开关由“运行”转“热备用”（中新甲线开关仍在合闸位置）； ② 对侧变电站220 kV 中新甲线由“运行”转“热备用”。 ③ 该站220 kV 中新甲线由“运行”转为“热备用”。

④ 该站220 kV 母联2012 开关由“热备用”转“冷备用”（中新甲线1M 母线侧刀闸仍在合闸位置）。

⑤ 对侧变电站220 kV 中新甲线线路由“热备用”转“检修”。

⑥ 该站220 kV 中新甲线线路由“热备用”转“检修”。（在220 kV 中新甲线43104 刀闸靠线路侧装设接地线1 组）。

（4）220 kV 中新甲线线路由“检修”转“运行”（220kV 中新甲线运行于220 kV 1M 母线）。 ① 该站220 kV 中新甲线线路由“检修”转“热备用”（拆除在220 kV 中新甲线43104 刀闸靠线路侧装设的接地线1 组）。

② 对侧变电站220 kV 中新甲线线路由“检修”转“热备用”。

③ 该站220 kV 1M 母线由“冷备用”转“运行”，220 kV 母线恢复正常方式。 ④ 220 kV 中新甲线两侧由“热备用”转为“运行”。 4 检修整改措施

4.1 GIS刀闸传动机构改进方案

该单位与制造厂联合重新对GIS刀闸传动机构进行设计，并将样品制作出来。刀闸本体采用齿轮传动，齿轮组合密封在齿轮防护罩内部。齿轮防护罩与刀闸本体间、齿轮防护罩与其顶盖间，均采用密封圈密封结构，齿轮防护罩与传动轴间采用轴动密封结构，如图4所示。

图4 齿轮防护罩密封结构

改进后的齿轮防护罩密封结构刀闸每相传动箱为独立结构，传动箱之间采用连杆联接。传动结构简单可靠，传动连杆裸露在外，可直接观察传动性能；传动轴采用不锈钢材质，绝缘夹套采用夹板式连接结构。对该设计样品进行可靠性试验，试验项目如表1所示。 4.2 改进后的使用建议

针对该型号刀闸传动机构密封设计存在的缺陷，设计制造了改进方案的刀闸传动机构并进行了更换。该改进方案的使用效果，还要在运行中进行检验，为此提出以下使用建议。 （1）新更换的连杆为不锈钢材质，杆与杆之间靠一个夹板进行硬连接；

（2）如果2个连杆轴心不在同一直线上，当连杆转动时中间的夹板势必受到不同方向的应力，而连接齿轮也容易因受力不均导致变形。虽经现场调整，连杆轴心仍存在少许误差，实际运行效果还有待检验，并视情况作必要的改进。 表1 样品可靠性试验项目

5 结束语

综上所述，通过对该GIS刀闸操作机构的改造，刀闸机构未出现因密封不良进水的现象，轴封、传动轴及齿轮等性能良好，有效消除了安全隐患，提高了设备运行的可靠性，保证了电站的安全可靠运行，避免了因为故障造成的经济损失。 参考文献：

[1]翁晓明.一起220kV GIS刀闸故障原因分析及解决方案研究[J].文摘版：工程技术.2015 [2]张科.220 kV GIS隔离刀闸操作机构卡阻分析与措施[J].科技创新导报.2014

[3]范娟，唐击.220kvGIS设备运行存在问题分析及建议[J].中国新技术新产品.2011