电科院材料1-气体绝缘金属开关设备技术发展、设备选型

中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP1气体绝缘金属开关设备气体绝缘金属开关设备技术发展、设备选型与故障分析技术发展、设备选型与故障分析宋杲宋杲中国电力科学研究院中国电力科学研究院2004-12-141中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP2 主要内容主要内容前言前言GIS装用基本情况装用基本情况GIS设备发展现状及趋势设备发展现状及趋势 几起典型几起典型的的GIS设备故障设备故障与设备性能密切相关的几个问题与设备性能密切相关的几个问题 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP3第一部分 前言中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP4 变电站设备分类：变电站设备分类：AIS（Air Insulated Switchgear）GIS（Gas Insulated Switchgear）HGIS（Hybrid Gas Insulated Switchgear）第一部分第一部分 前言前言高压开关设备高压开关设备气体绝缘气体绝缘金属封闭金属封闭开关设备开关设备(GIS)断断路路器器成成套套设设备备防防误误闭闭锁锁装装置置开开关关柜柜箱箱式式变变电电站站分分段段器器重重合合器器熔熔断断器器接接触触器器负负荷荷开开关关隔离开关隔离开关和和接地开关接地开关中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP51.1 1.1 标准结构标准结构 1 1）国家标准管理委员会（）国家标准管理委员会（SACSAC）仅批准和发布国家和地方标准；）仅批准和发布国家和地方标准；2 2）中国的高压开关行业没有地方标准；）中国的高压开关行业没有地方标准；3 3）与高压开关设备相关的行业标准有：）与高压开关设备相关的行业标准有：DLDL、JBJB、TBTB第一部分第一部分 前言前言中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP61.2 1.2 国家标准体系国家标准体系第一部分第一部分 前言前言中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP71.3 1.3 电力行业标准体系电力行业标准体系第一部分第一部分 前言前言中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP8第二部分 GIS装用基本情况中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP9一、一、装用情况装用情况 截至截至2007年底，各电压等级变电站数量见表年底，各电压等级变电站数量见表1，敞开式断路器和，敞开式断路器和GIS设备（断路器间隔）的装用情况见表设备（断路器间隔）的装用情况见表2。装用量（座）装用量（座）500kV330kV220kV110kV66kV2006年年20875194661298842007年年2528121626715924增长率增长率21.28.011.19.64.5表表1 变电站在运情况变电站在运情况第二部分第二部分 GIS装用基本情况装用基本情况中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP10表表2 敞开式断路器及敞开式断路器及GIS设备装用情况设备装用情况 CB:台台 GIS：间隔间隔 装用量装用量550kV363kV252kV126kV72.5kV合计合计CBGISCBGISCBGISCBGISCBGISCBGIS2004年年12714442819115055592905237644225643862005年年168258625281210485729301440957973744950957262006年年20771577044614502128934781524261354475819971812007年年239127774375152482043359586974621857260558994105-06增长增长率率23.5170.712.664.319.850.418.718.95.819.517.625.406-07增长增长率率15.176.45.563.05.158.53.433.01.428.04.138.405-07增长增长率率19.2118.59.063.712.254.410.825.83.623.710.631.8第二部分第二部分 GIS装用基本情况装用基本情况中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP11第二部分第二部分 GIS装用基本情况装用基本情况中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP12二、二、装用情况趋势分析装用情况趋势分析u 开关设备近三年增长率基本保持在开关设备近三年增长率基本保持在10%以上；以上；u GIS装用量大幅增长，均在装用量大幅增长，均在20以上；以上；550kV、363kV和和252kV分别分别达到达到118.5、63.7和和54.4；u 同比，同比，GIS的增长率远远超过了敞开式断路器。的增长率远远超过了敞开式断路器。u 20062007年各电压等级变电站增长率依次为：年各电压等级变电站增长率依次为：500kV220kV110kV330kV66kV;u 20042007年，敞开式断路器各电压等级装用量的年平均增长率依年，敞开式断路器各电压等级装用量的年平均增长率依次为：次为：550kV252kV126kV363kV72.5kV;u 20042007年，组合电器依次为：年，组合电器依次为：550kV363kV 252kV126kV72.5kV。第二部分第二部分 GIS装用基本情况装用基本情况中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP13金额（亿元）金额（亿元）断路器断路器组合电器组合电器隔离和接地开关隔离和接地开关合计合计2006年年12634522007年年1949977合计合计315543129增长率增长率58.3716.773.548.1表表3 近两年招标采购数量近两年招标采购数量 据统计，据统计，2006年集中招标采购主设备和材料总价值年集中招标采购主设备和材料总价值200亿元，其中亿元，其中开关设备共开关设备共52亿元，占集中招标的总数四分之一多。亿元，占集中招标的总数四分之一多。2007年集中招标采年集中招标采购主设备和材料总价值购主设备和材料总价值438亿元，其中开关设备共亿元，其中开关设备共77亿元，占集中招标的亿元，占集中招标的总数六分之一多。总数六分之一多。第二部分第二部分 GIS装用基本情况装用基本情况中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP14第三部分 GIS设备发展现状及趋势 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP15一、发展整体情况一、发展整体情况 电力市场的发展在某种程度上代表着当今高压开关市场的需求动向。电力市场的发展在某种程度上代表着当今高压开关市场的需求动向。我国是输配电设备需求增长速度最快的市场之一，现已成为国际第二大我国是输配电设备需求增长速度最快的市场之一，现已成为国际第二大市场。高压开关设备制造业的发展是与我国电力工业的持续高速发展分市场。高压开关设备制造业的发展是与我国电力工业的持续高速发展分不开的。近不开的。近20年来伴随着我国经济的高速增长，我国高压输变电设备制年来伴随着我国经济的高速增长，我国高压输变电设备制造业连续保持了快速增长的良好态势，主要技术经济指标大幅攀升，在造业连续保持了快速增长的良好态势，主要技术经济指标大幅攀升，在生产规模扩大的同时，产业结构调整、产品技术创新、质量和管理水平生产规模扩大的同时，产业结构调整、产品技术创新、质量和管理水平的提高等方面都取得了显著的成效。呈现的提高等方面都取得了显著的成效。呈现“较快增长、较高效率、较好较快增长、较高效率、较好效益效益”，并留有较大后劲的良好态势。，并留有较大后劲的良好态势。第三部分第三部分 GIS设备发展现状及趋势设备发展现状及趋势 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP16 企业生产经营向集团化和规模化发展，涌现出一批生产达到相当企业生产经营向集团化和规模化发展，涌现出一批生产达到相当规模、具有较强市场竞争力的重点企业。规模、具有较强市场竞争力的重点企业。目前，已有数百家企业通过目前，已有数百家企业通过ISO9001质量管理体系认证，产品总体质量管理体系认证，产品总体质量逐步提高。我国三个主要高压电器产品检测试验室的试验检测技术质量逐步提高。我国三个主要高压电器产品检测试验室的试验检测技术都有长足的进展，试验检测技术水平和检测能力不断增强。都有长足的进展，试验检测技术水平和检测能力不断增强。第三部分第三部分 GIS设备发展现状及趋势设备发展现状及趋势 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP17 预计未来几年，我国每年新增装机容量将在预计未来几年，我国每年新增装机容量将在5000万千瓦。发电设备发万千瓦。发电设备发展快速，输配电设备的需求自然会跟上。可以预见，输变电设备制造业重要展快速，输配电设备的需求自然会跟上。可以预见，输变电设备制造业重要组成部分的高压开关设备制造业必将迎来一个前景广阔的市场发展时期。组成部分的高压开关设备制造业必将迎来一个前景广阔的市场发展时期。西电东送、南北互供、跨区域联网、城乡电网改造等工程的建设，带动西电东送、南北互供、跨区域联网、城乡电网改造等工程的建设，带动了我国输配电设备行业的快速发展。未来几年，高压开关设备制造业将有一了我国输配电设备行业的快速发展。未来几年，高压开关设备制造业将有一个持续、稳定的发展时期，这不仅是难得的发展机遇，也是严峻的考验，制个持续、稳定的发展时期，这不仅是难得的发展机遇，也是严峻的考验，制造业必须不断地进行技术创新，推出新品，才能满足市场日益增长的需求。造业必须不断地进行技术创新，推出新品，才能满足市场日益增长的需求。随着电力工业的快速发展，带动了高压开关行业的快速发展，但也存在随着电力工业的快速发展，带动了高压开关行业的快速发展，但也存在着不利发展的诸多制约因素。着不利发展的诸多制约因素。第三部分第三部分 GIS设备发展现状及趋势设备发展现状及趋势 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP18 技术创新能力不够，自主品牌的知名产品甚少。技术创新能力不够，自主品牌的知名产品甚少。技术创新能力不够，自主品牌的知名产品甚少。技术创新能力不够，自主品牌的知名产品甚少。近年来，虽然新产近年来，虽然新产品和新技术的鉴定成果很多，但属于技术含量高、具有重大技术创新或实品和新技术的鉴定成果很多，但属于技术含量高、具有重大技术创新或实现突破的项目不多；基础技术研究不够；多数产品属于外来品的仿制与二现突破的项目不多；基础技术研究不够；多数产品属于外来品的仿制与二次开发成果，真正属于自行首次开发、具有我国知识产权的知名品牌和专次开发成果，真正属于自行首次开发、具有我国知识产权的知名品牌和专利技术的甚少。利技术的甚少。产品质量把关不严，部分企业质量意识不强，产品质量尚存在隐患。产品质量把关不严，部分企业质量意识不强，产品质量尚存在隐患。产品质量把关不严，部分企业质量意识不强，产品质量尚存在隐患。产品质量把关不严，部分企业质量意识不强，产品质量尚存在隐患。有些企业在新品开发中追求急功近利；市场上以次充好的现象仍然存在；有些企业在新品开发中追求急功近利；市场上以次充好的现象仍然存在；有的配套件及材质质量不过关，导致产品运行中质量事故时有发生。有的配套件及材质质量不过关，导致产品运行中质量事故时有发生。行业整体优势未能充分发挥，产品智能化水平低，企业形成系列化、行业整体优势未能充分发挥，产品智能化水平低，企业形成系列化、行业整体优势未能充分发挥，产品智能化水平低，企业形成系列化、行业整体优势未能充分发挥，产品智能化水平低，企业形成系列化、规模化生产的不多，尤其是高技术复合型人才缺乏以及科技资金投入不足规模化生产的不多，尤其是高技术复合型人才缺乏以及科技资金投入不足规模化生产的不多，尤其是高技术复合型人才缺乏以及科技资金投入不足规模化生产的不多，尤其是高技术复合型人才缺乏以及科技资金投入不足等。等。等。等。第三部分第三部分 GIS设备发展现状及趋势设备发展现状及趋势 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP19二、二、GIS设备设计理念设备设计理念 GIS设备在上世纪设备在上世纪50年代欧洲和日本就开始了相关研究工作，并研发出年代欧洲和日本就开始了相关研究工作，并研发出相应产品。我国八十年代中后期开始使用相应产品。我国八十年代中后期开始使用GIS设备，第一套应用在广东江门设备，第一套应用在广东江门500kV变电站，由变电站，由ABB公司制造生产。第一套国内自主生产的公司制造生产。第一套国内自主生产的GIS设备由沈设备由沈阳高压开关厂生产，阳高压开关厂生产，1992年应用在东北电网年应用在东北电网500kV辽阳站，已于辽阳站，已于2007年彻底年彻底退役。退役。国内国内GIS设计制造技术主要为引进吸收消化国外先进技术理念，进而开设计制造技术主要为引进吸收消化国外先进技术理念，进而开始自主开发的过程。主要设计理念体现在以下几个方面：始自主开发的过程。主要设计理念体现在以下几个方面：1.城市电网高速发展的需求；城市电网高速发展的需求；2.环境居民协调发展的要求；环境居民协调发展的要求；3.设备安全可靠运行的要求；设备安全可靠运行的要求；4.检修维护的需求；检修维护的需求；5.延伸至户外设备的需求。延伸至户外设备的需求。第三部分第三部分 GIS设备发展现状及趋势设备发展现状及趋势 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP20三、三、GIS设备生产状况设备生产状况 生产生产GIS的国内合资企业主要有：河南平高东芝高压开关有限公司、的国内合资企业主要有：河南平高东芝高压开关有限公司、苏州阿海珐高压电器开关有限公司、西门子（杭州）高压开关有限公司苏州阿海珐高压电器开关有限公司、西门子（杭州）高压开关有限公司、保定三菱电机天威输变电设备有限公司、山东鲁能恩翼帕瓦电机有限、保定三菱电机天威输变电设备有限公司、山东鲁能恩翼帕瓦电机有限公司、上海中发依帕超高压电器有限公司、现代重工（中国）电气有限公司、上海中发依帕超高压电器有限公司、现代重工（中国）电气有限公司。公司。生产生产GIS的国内企业主要有：新东北电气（沈阳）高压开关有限公的国内企业主要有：新东北电气（沈阳）高压开关有限公司、西安西开高压电气股份有限公司、河南平高电气有限责任公司、泰司、西安西开高压电气股份有限公司、河南平高电气有限责任公司、泰开电气集团有限公司、西安高压电器研究所电器制造厂等。开电气集团有限公司、西安高压电器研究所电器制造厂等。第三部分第三部分 GIS设备发展现状及趋势设备发展现状及趋势 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP21四、我国高压四、我国高压SF6断路器及断路器及GIS的技术进步要点的技术进步要点 1.我国生产企业已掌握了我国生产企业已掌握了SF6断路器自能式灭弧技术和动、静触头断路器自能式灭弧技术和动、静触头开断时反向运动的双动灭弧室结构等最新技术；在操动机构方面也已完开断时反向运动的双动灭弧室结构等最新技术；在操动机构方面也已完全掌握了液压机构、弹簧机构和气动机构的技术，达到了国际水平。全掌握了液压机构、弹簧机构和气动机构的技术，达到了国际水平。2.目前国内西安西开高压电气股份有限公司和河南平高电气有限责目前国内西安西开高压电气股份有限公司和河南平高电气有限责任公司分别完成了任公司分别完成了550kV单断口罐式单断口罐式SF6断路器产品的开发及全部型式试断路器产品的开发及全部型式试验，其技术参数为额定电压验，其技术参数为额定电压550kV，额定电流，额定电流4000A，额定短路开断，额定短路开断50kA。使我国成为世界上为数不多的掌握该技术的国家之一，达到了世。使我国成为世界上为数不多的掌握该技术的国家之一，达到了世界先进水平，为进一步研制界先进水平，为进一步研制1100kV SF6断路器和断路器和GIS设备奠定了技术基设备奠定了技术基础。础。第三部分第三部分 GIS设备发展现状及趋势设备发展现状及趋势 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP22 3.在特高压方面：河南平高电气有限责任公司、西安西开高压电在特高压方面：河南平高电气有限责任公司、西安西开高压电气股份有限公司、新东北电气（沈阳）高压开关有限公司已自主研发气股份有限公司、新东北电气（沈阳）高压开关有限公司已自主研发了了800kV双断口罐式双断口罐式SF6断路器并通过了全部的型式试验；并开始了断路器并通过了全部的型式试验；并开始了1100kV双断口双断口SF6断路器的研制。三家企业均已开始批量为我国断路器的研制。三家企业均已开始批量为我国750kV输变电工程提供输变电工程提供GIS和和SF6断路器。断路器。4.高压开关设备一般为空气绝缘开关设备高压开关设备一般为空气绝缘开关设备（AIS）、气体绝缘金）、气体绝缘金属封闭开关设备（属封闭开关设备（GIS）。）。20世纪末世界上出现了另一种开关设备，世纪末世界上出现了另一种开关设备，即混合绝缘技术开关设备（即混合绝缘技术开关设备（HGIS）,它们是空气绝缘或它们是空气绝缘或/和气体绝缘和气体绝缘组合的紧凑型开关设备。其优势在于，比组合的紧凑型开关设备。其优势在于，比AIS节省占地面积，比节省占地面积，比GIS节省费用；节省费用；HGIS使用标准化模块，减少了使用的元件数量，提高了使用标准化模块，减少了使用的元件数量，提高了可靠性；同时在故障情况下，能以较短的时间恢复运行。目前国内可靠性；同时在故障情况下，能以较短的时间恢复运行。目前国内GIS生产企业均能够生产生产企业均能够生产HGIS产品。其他类似的相关产品有插接式产品。其他类似的相关产品有插接式开关系统开关系统PASS(the Plug And Switch System)等。等。第三部分第三部分 GIS设备发展现状及趋势设备发展现状及趋势 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP23第四部分 几起典型的GIS设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP24一、北京电网一、北京电网220kV220kV草桥变电站草桥变电站GISGIS故障情况故障情况1.1.电气主接线情况电气主接线情况电气主接线情况电气主接线情况 220kV草桥变电站位于北京市丰台区，为草桥变电站位于北京市丰台区，为220kV负荷变电站，设负荷变电站，设计规模为计规模为4回进线，回进线，4台主变，本期投产台主变，本期投产2台台250MVA变压器。正常情况变压器。正常情况下两台主变分列运行，变压器下两台主变分列运行，变压器220kV侧中性点不接地。全站共侧中性点不接地。全站共4路路220kV电源，分别为苑桥一、二（南苑站至草桥站）、安桥一、二线电源，分别为苑桥一、二（南苑站至草桥站）、安桥一、二线（安定站至草桥站）。如图（安定站至草桥站）。如图4-1。正常方式下草桥变电站正常方式下草桥变电站4号和号和5号母线分别由南苑和安定方向供电，号母线分别由南苑和安定方向供电，草桥站母线联络开关草桥站母线联络开关2245处于断开状态。由处于断开状态。由220kV安桥二线（安桥二线（2212）、）、苑桥一线（苑桥一线（2213）供电，苑桥二线（）供电，苑桥二线（2211）、安桥一线（）、安桥一线（2214）为备）为备用状态，母联用状态，母联2245开关断开自投运行。开关断开自投运行。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP25图图4-1 220kV草桥变电站电气接线示意图草桥变电站电气接线示意图 第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP262 2.事故前变电站运行方式事故前变电站运行方式事故前变电站运行方式事故前变电站运行方式 检修操作：检修操作：检修操作：检修操作：n 草桥变电站开始草桥变电站开始3号变和号变和220kV安桥二线检修工作。过程如下：安桥二线检修工作。过程如下：n 3号变转检修，开关操作顺序：号变转检修，开关操作顺序：1）合上）合上220kV母联母联2245开关开关;2）合上）合上110kV分段分段145开关、合上开关、合上10kV分段分段245开关，断开开关，断开3号变号变低压低压203开关、断开开关、断开3号变中压号变中压103开关开关;3）断开）断开220kV母联母联2245开关、断开开关、断开3号变高压号变高压2203开关。开关。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP27n 安桥二线转检修，开关操作顺序安桥二线转检修，开关操作顺序：（接前操作顺序）：（接前操作顺序）1）合上安桥一线）合上安桥一线2214开关；开关；2）断开苑桥一线）断开苑桥一线2213开关；开关；3）合上苑桥二线）合上苑桥二线2211开关，带开关，带150MW负荷；负荷；4）断开安桥二线）断开安桥二线2212开关。开关。至此，该站改由至此，该站改由220kV安桥一、苑桥二线供电，苑桥一线备用，安桥一、苑桥二线供电，苑桥一线备用，安桥二线检修。安桥二线检修。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP28 检修恢复操作检修恢复操作检修恢复操作检修恢复操作:1）3号变检修结束，开始恢复送电；号变检修结束，开始恢复送电；2）合上）合上3号变高压侧号变高压侧2203开关，空充变压器；开关，空充变压器；3）合上母联）合上母联2245开关开关1979ms后发生后发生2214开关故障跳闸（根据故障开关故障跳闸（根据故障录波器的记录，当母联录波器的记录，当母联2245开关合闸后，从波形图看出流过进线开关合闸后，从波形图看出流过进线2214开开关、母联关、母联2245开关电流约开关电流约440A，三相电流幅值基本相等，说明，三相电流幅值基本相等，说明2245开关开关合闸成功）。合闸成功）。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP293.3.22142214间隔事故分析间隔事故分析间隔事故分析间隔事故分析 外观检查：外观检查：外观检查：外观检查：发生事故的是上海西门子高压开关有限公司生产的发生事故的是上海西门子高压开关有限公司生产的8DN9型型252kV GIS 开关设备。事故间隔运行编号为开关设备。事故间隔运行编号为2214，事故发生时处于，事故发生时处于运行状态。运行状态。经对事故现场初步检查，安桥一线经对事故现场初步检查，安桥一线2214间隔间隔A相线路相线路“隔离开关隔离开关-电缆终端电缆终端”气室防爆膜破裂，见图气室防爆膜破裂，见图4-2。电缆终端外壳上侧有明显。电缆终端外壳上侧有明显烧灼变色痕迹，见图烧灼变色痕迹，见图4-3。初步判断该气室发生对外壳闪络。初步判断该气室发生对外壳闪络。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP30 图图4-2 防爆膜破裂防爆膜破裂 图图4-3 电缆终端外壳灼烧变色电缆终端外壳灼烧变色 第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP31技术组检查的资料与试验：技术组检查的资料与试验：技术组检查的资料与试验：技术组检查的资料与试验：l 出厂试验记录、现场安装及试验记录、运行巡检记录等。出厂试验记录、现场安装及试验记录、运行巡检记录等。l 安装日期：安装日期：2214间隔于间隔于2007年年3月月24日日29日完成安装。日完成安装。l 试验内容：试验内容：6月月11日完成日完成GIS交接试验。交接试验。9月月30日完成电缆终端绝缘日完成电缆终端绝缘 试验。试验。10月月1日完成水分测量及检漏。日完成水分测量及检漏。l 投运日期：投运日期：10月月4日投运。日投运。l 出厂试验报告，试验项目齐全，试验结果合格。出厂试验报告，试验项目齐全，试验结果合格。l 设备运行期间，各项记录值正常。设备运行期间，各项记录值正常。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP32 解体检查：解体检查：解体检查：解体检查：解体步骤：解体步骤：2214间隔故障相（间隔故障相（A相）解体检查分为四个步骤，见图相）解体检查分为四个步骤，见图4-4：步骤步骤1 打开电缆终端罐体手孔盖板；打开电缆终端罐体手孔盖板；步骤步骤2 打开带电显示装置处法兰盖板；打开带电显示装置处法兰盖板；步骤步骤3 移开电缆终端罐体；移开电缆终端罐体；步骤步骤4 解体隔离开关罐体及装配；解体隔离开关罐体及装配；解体后对故障相（解体后对故障相（A相）气室内残留物进行了收集、检查。相）气室内残留物进行了收集、检查。在解体过程中，因需要了解电缆终端相关零部件结构，对在解体过程中，因需要了解电缆终端相关零部件结构，对2214间间隔的隔的B相也进行了局部解体。相也进行了局部解体。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP33图图4-4 解体检查步骤解体检查步骤 第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP34 解体现象解体现象 解体后的电缆终端罐体手孔盖板见图解体后的电缆终端罐体手孔盖板见图4-4所示。观察发现：所示。观察发现：（1）手孔盖板内侧有显著电弧烧灼痕迹，所装吸附剂盖板烧化，）手孔盖板内侧有显著电弧烧灼痕迹，所装吸附剂盖板烧化，内部吸附剂散落，见图内部吸附剂散落，见图4-5。图。图4-6是是B相（正常相）盖板结构。相（正常相）盖板结构。图图4-5 A相盖板相盖板(故障相故障相)图图4-6 B相盖板相盖板(正常相正常相)第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP35 （2）打开带电显示装置法兰盖板，该盖板内侧有电弧喷溅痕迹，打开带电显示装置法兰盖板，该盖板内侧有电弧喷溅痕迹，见图见图4-7。图图4-7 带电带电显示器装置盖板内侧显示器装置盖板内侧第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP36 （3）在移开上述两个盖板之后，发现电缆终端罐体内部放电现象严重，）在移开上述两个盖板之后，发现电缆终端罐体内部放电现象严重，主要表现为：主要表现为：a)电缆终端与电缆终端与GIS连接部位的滑动触头已经被烧掉，形成一个可见断连接部位的滑动触头已经被烧掉，形成一个可见断口，见图口，见图4-8所示。对此部位简称为所示。对此部位简称为“A部位部位”，见图，见图4-11示意图。图示意图。图4-9显显示的是示的是B相（正常相）同一部位结构。相（正常相）同一部位结构。图图4-8 A相相(故障相故障相)图图4-9 B相相(正常正常相相)第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP37 与滑动触头对应部位的罐体内壁上也有大面积烧灼痕迹，见图与滑动触头对应部位的罐体内壁上也有大面积烧灼痕迹，见图4-10。图图4-10 罐体内壁大面积烧灼罐体内壁大面积烧灼 图图4-11 A、B部位示意图部位示意图第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP38 b)吸附剂盖板上方罐体内壁与电缆终端导体屏蔽罩对应部位烧吸附剂盖板上方罐体内壁与电缆终端导体屏蔽罩对应部位烧损严重。图损严重。图4-12显示电缆终端导体屏蔽罩烧损情况，图显示电缆终端导体屏蔽罩烧损情况，图4-13显示对显示对应罐体内壁烧损情况。此部位简称为应罐体内壁烧损情况。此部位简称为“B部位部位”，见图，见图4-11示意图。示意图。图图4-12 电缆终端导体屏蔽罩电缆终端导体屏蔽罩 图图4-13 吸附剂盖板上方罐体吸附剂盖板上方罐体第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP39 (4)移开电缆终端罐体（见图移开电缆终端罐体（见图4-14）电缆终端罐体吊开后，发现罐体下部法兰上积存大量电弧烧蚀残留物，电缆终端罐体吊开后，发现罐体下部法兰上积存大量电弧烧蚀残留物，判断其中一块较大的是判断其中一块较大的是“A部位部位”滑动触头外壳残留物，见图滑动触头外壳残留物，见图4-15。其它。其它残留物多为触指及电弧熔烧后滴落下来形成的无规则块状物。罐体下部边残留物多为触指及电弧熔烧后滴落下来形成的无规则块状物。罐体下部边缘也散落着金属铝融化物、吸附剂颗粒和缘也散落着金属铝融化物、吸附剂颗粒和SF6电弧分解物粉末。电弧分解物粉末。图图4-14 电缆终端罐体电缆终端罐体 图图4-15 滑动触头外罩及触指残留物滑动触头外罩及触指残留物 第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP40 (5)解体隔离开关单元解体隔离开关单元 隔离开关解体后检查，动静触头基本良好，外表面覆盖一层隔离开关解体后检查，动静触头基本良好，外表面覆盖一层SF6电电弧分解物粉末。对图弧分解物粉末。对图4-16所示的两个盆式绝缘子检查，表面有熏黑现象，所示的两个盆式绝缘子检查，表面有熏黑现象，也有局部碳化现象，对应外壳上未发现电弧烧痕，见图也有局部碳化现象，对应外壳上未发现电弧烧痕，见图4-17、图、图4-18。图图4-16 隔离开关装配图隔离开关装配图第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP41 图图4-17 盆式绝缘子盆式绝缘子1图图4-18 盆式绝缘子盆式绝缘子2 第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP42 事故分析：事故分析：事故分析：事故分析：通过对解体现象分析，通过对解体现象分析，2214间隔间隔A相线路相线路“隔离开关隔离开关-电缆终端电缆终端”气室比较明显的放电部位有气室比较明显的放电部位有2处，即处，即“A部位部位”和和“B部位部位”。见图。见图4-10。（1）对）对“A部位部位”分析如下：分析如下：“A部位部位”烧损现象如图烧损现象如图4-19所示。该部位导体连接结构见图所示。该部位导体连接结构见图4-20，图中涉及相关零部件分别为：导体，图中涉及相关零部件分别为：导体1、滑动触头、导体、滑动触头、导体2。图图4-19 “A部位部位”烧损现象烧损现象第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP43图图4-20 “A部位部位”示意图示意图 现场观察到导体现场观察到导体1端部烧损呈斜角状，滑动触头外壳几乎完全烧毁，其内端部烧损呈斜角状，滑动触头外壳几乎完全烧毁，其内部装配的触指大部掉落。导体部装配的触指大部掉落。导体2未见明显烧损。未见明显烧损。分析表明，电弧首先从导体分析表明，电弧首先从导体1端部与滑动触头的接触面烧起，电弧扩散，端部与滑动触头的接触面烧起，电弧扩散，引发引发“A部位部位”对外壳放电。对外壳放电。起弧的原因是导体起弧的原因是导体1端部与滑动触头接触不良，产生局部放电，在长期端部与滑动触头接触不良，产生局部放电，在长期（约（约5个月）带电过程中，造成接触进一步劣化，当个月）带电过程中，造成接触进一步劣化，当2245开关合闸后有电流流开关合闸后有电流流过时，产生电弧导致对外壳放电。过时，产生电弧导致对外壳放电。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP44 （2）对）对“B部位部位”分析如下：分析如下：此处带电部位无运动部件，对外壳距离实测值为此处带电部位无运动部件，对外壳距离实测值为105mm，一般不，一般不会引起放电。但会引起放电。但“A部位部位”起弧后，随着电弧运动到该部位，即造成起弧后，随着电弧运动到该部位，即造成“B部位部位”对外壳严重烧损。对外壳严重烧损。分析认为，在完成母联分析认为，在完成母联2245开关合闸操作后开关合闸操作后1979ms，“A部位部位”首首先起弧，电弧持续时间先起弧，电弧持续时间546ms，短路电流约，短路电流约25kA，造成气室内压力升，造成气室内压力升高，防爆膜破裂。高，防爆膜破裂。220kV安桥一线、苑桥二线保护动作跳闸，切除故障。安桥一线、苑桥二线保护动作跳闸，切除故障。1s后重合动作导致再次起弧，后加速保护动作，后重合动作导致再次起弧，后加速保护动作，61ms切除故障。切除故障。综合分析，事故的可能起因一是制造问题，二是安装不当。技术综合分析，事故的可能起因一是制造问题，二是安装不当。技术组核查了制造商提供的相关设计图纸，对现场完好相的同类零部件进组核查了制造商提供的相关设计图纸，对现场完好相的同类零部件进行了实地测量，测量结果与图纸标注尺寸基本相符，未发现明显制造行了实地测量，测量结果与图纸标注尺寸基本相符，未发现明显制造问题。因此事故起因判断为安装不当所致。问题。因此事故起因判断为安装不当所致。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP45 4.4.4.4.小结小结小结小结:2008年年3月月21日，日，220kV草桥变电站草桥变电站2214间隔间隔A相相“隔离开关隔离开关电缆电缆终端终端”气室发生故障。故障的直接原因是该气室内导体连接处所用滑动气室发生故障。故障的直接原因是该气室内导体连接处所用滑动触头与导体接触不良，当本次电流流过时放电，引发绝缘破坏。触头与导体接触不良，当本次电流流过时放电，引发绝缘破坏。接触不良系安装不当所致，原因如下：接触不良系安装不当所致，原因如下：（1）按本设备买卖合同及）按本设备买卖合同及IEC/TS 60859标准规定，电缆终端气室内标准规定，电缆终端气室内导体及滑动触头连接属导体及滑动触头连接属GIS制造商质量保证范围，制造商本次未提供有制造商质量保证范围，制造商本次未提供有效质量保证；效质量保证；（2）制造商未按本设备买卖合同派出专业人员到达草桥变电站进行）制造商未按本设备买卖合同派出专业人员到达草桥变电站进行2214间隔设备的安装或指导安装；间隔设备的安装或指导安装；（3）制造商未按国家及电力行业标准）制造商未按国家及电力行业标准GB/T 11022-1999、DL/T 593-2006及买卖双方技术协议要求提供相关安装检验文件。及买卖双方技术协议要求提供相关安装检验文件。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP46 5.5.5.5.建议建议建议建议:在安装阶段，对电缆与在安装阶段，对电缆与GIS 的连接处进行回路电阻测量；的连接处进行回路电阻测量；有条件时对电缆与有条件时对电缆与GIS 的连接处进行局部放电测量；的连接处进行局部放电测量；严格严格GIS与电缆终端连接的装配工艺，进行有效质量保证，确保与电缆终端连接的装配工艺，进行有效质量保证，确保滑动触头装配接触可靠。滑动触头装配接触可靠。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP47二、湖北光谷变二、湖北光谷变220kVGIS4母线事故母线事故 1.1.事故经过事故经过事故经过事故经过 2008年年07月月26日日07:52:02，500kV光谷变光谷变220kV#4母线第一、二套母线第一、二套母差保护同时动作，根据录波图数据：母差保护同时动作，根据录波图数据：B相故障后相故障后 A、C相相继故障动相相继故障动作（第二套母差保护启动作（第二套母差保护启动3ms后跳后跳母母B相，稳态量差动保护相，稳态量差动保护20ms后跳后跳母三相）。故障持续时间为母三相）。故障持续时间为60ms，故障电流峰值为，故障电流峰值为57kA。220kV光左线、光花二回线、光左线、光花二回线、#4主变中压侧以及母联开关三相跳主变中压侧以及母联开关三相跳闸，闸，220kV保护小室故障录波器动作。保护小室故障录波器动作。由于由于220kV为全为全GIS设备，接于设备，接于#4、6母线上的光左线、光花二回母线上的光左线、光花二回线、线、#4主变中压侧跳闸是由主变中压侧跳闸是由#4、6母线内部故障引起。以上线路所有保母线内部故障引起。以上线路所有保护、故障录波、开关动作均正确。护、故障录波、开关动作均正确。事故原因初步判断为事故原因初步判断为GIS内部母线故障引起。内部母线故障引起。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP48 2.2.事故后事故后事故后事故后GISGIS解体前检查及解体情况解体前检查及解体情况解体前检查及解体情况解体前检查及解体情况 GISGIS内部故障部位定位和确认：内部故障部位定位和确认：内部故障部位定位和确认：内部故障部位定位和确认：1）SF6分解物的测试：分解物的测试：4母线母线13气室内气室内SO2含量超过含量超过3000ppm，其，其余气室余气室S02含量均小于含量均小于2ppm；2）绝缘试验：）绝缘试验：500V兆欧表测量兆欧表测量4母线三相对地绝缘和相间绝缘电母线三相对地绝缘和相间绝缘电阻偏低；阻偏低；3）直流电阻原始记录核对：数据合格。）直流电阻原始记录核对：数据合格。初步判定故障点为初步判定故障点为#4母线母线13气室。气室。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP49GISGIS解体检查情况：解体检查情况：解体检查情况：解体检查情况：26日晚日晚19：00点，施工单位在厂家监督下打开第六号气室检修点，施工单位在厂家监督下打开第六号气室检修孔，发现在靠近第五号和第六号气室对接处第六号气室内孔，发现在靠近第五号和第六号气室对接处第六号气室内B相母线导相母线导体脱落。现场照片如下：体脱落。现场照片如下：第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP50 27日下午日下午13：00，拆开，拆开GIS进入气室内进行检查，外观检查发现：进入气室内进行检查，外观检查发现：13间隔间隔B相导体脱落，导体前端与盆式绝缘子上梅花触头连接处接头相导体脱落，导体前端与盆式绝缘子上梅花触头连接处接头已被电弧烧熔。已被电弧烧熔。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP51 220kV 4母线第母线第6气室侧绝缘盆子气室侧绝缘盆子B相梅花触头下方均压罩已相梅花触头下方均压罩已被电弧烧熔了约为被电弧烧熔了约为100100mm的缺口，触指被烧损的缺口，触指被烧损2片。梅花触头片。梅花触头内部的导向杆也遭到了严重烧蚀。内部的导向杆也遭到了严重烧蚀。现场发现现场发现B相梅花触头箍紧弹簧只残留内侧一根（正常为三根）相梅花触头箍紧弹簧只残留内侧一根（正常为三根），下部熔渣中未发现肉眼可见的残留弹簧。，下部熔渣中未发现肉眼可见的残留弹簧。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP52第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP53 检查发现检查发现B相导体未装限位止钉。相导体未装限位止钉。上图为上图为B相的静触头磨损印迹，可以清楚的看到动触头磨损相的静触头磨损印迹，可以清楚的看到动触头磨损印迹已经超过了限位止钉孔的内沿，若装了限位止钉，磨损印迹印迹已经超过了限位止钉孔的内沿，若装了限位止钉，磨损印迹只会到达限位止钉孔的外沿，由此可以明确的判断，只会到达限位止钉孔的外沿，由此可以明确的判断，B相筒壁内相筒壁内动静触头装配时静触头座没有加装限位止钉。动静触头装配时静触头座没有加装限位止钉。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP54 上图是正常的加装了限位止钉的触头磨损印迹，可以清楚的上图是正常的加装了限位止钉的触头磨损印迹，可以清楚的看到静触头磨损印迹没有超过限位止钉处。看到静触头磨损印迹没有超过限位止钉处。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP55 3.3.故障原因分析故障原因分析故障原因分析故障原因分析 事故调查组首先排除了以下几类可能造成事故的原因：事故调查组首先排除了以下几类可能造成事故的原因：1）外部过电压的影响：）外部过电压的影响：天气晴，方圆天气晴，方圆10公里以内无雷电活动。公里以内无雷电活动。2）内部过电压的影响：）内部过电压的影响：事故发生无任何倒闸操作。事故发生无任何倒闸操作。3）构架、基础沉降的影响：）构架、基础沉降的影响：GIS构架，地基完好，无沉降。构架，地基完好，无沉降。第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 本次本次GIS母线事故是由于母线动静触头现场装配的限位止钉缺失，母线事故是由于母线动静触头现场装配的限位止钉缺失，从而导致母线装配尺寸发生变化造成从而导致母线装配尺寸发生变化造成GIS内局部场强畸变，最终导致内局部场强畸变，最终导致母线单相接地并发展为母线三相接地短路的绝缘事故。母线单相接地并发展为母线三相接地短路的绝缘事故。中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP56GIS安装，限位止钉缺失安装，限位止钉缺失导体与筒壁、盆式绝缘子静触头屏蔽罩的几何尺寸发生改变导体与筒壁、盆式绝缘子静触头屏蔽罩的几何尺寸发生改变GIS内局部场强发生畸变，导致局部放电内局部场强发生畸变，导致局部放电产生，长时间的局放导致绝缘不断劣化产生，长时间的局放导致绝缘不断劣化母线单相接地，高温电弧产生，发展成为三相故障母线单相接地，高温电弧产生，发展成为三相故障运行工况的改变导致导体与盆式绝缘子静触头以及绝缘支撑台发生相对位移运行工况的改变导致导体与盆式绝缘子静触头以及绝缘支撑台发生相对位移第四部分第四部分 几起典型的几起典型的GIS设备故障设备故障 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEP57 GIS内母线位移的原因：内母线位移的原因：B相导体连接触头座的限位止钉缺失，相导体连接触头座的限位止钉缺失，GIS运行带电后，在电动力作用下，使运行带电后，在电动力作用下，使B相主母线导体发生串动，发生相主母线导体发生串动，发生相对位移，最终导致盆式绝缘子静触头触指会与导电杆松脱，从而造成相对位移，最终导致盆式绝缘子静触头触指会与导电杆松脱，从而造成导电杆与屏蔽罩、筒壁的几何尺寸发生改变。由于内部充有导电杆与屏蔽罩、筒壁的几何尺寸发生改变。由于内部充有SF6气体，气体，GIS绝缘距离非常紧凑。为保障良好的电气绝缘水平，绝缘距离非常紧凑。为保障良好的电气绝缘水平，GIS内部导体一内部导体一般都采用同轴电场的绝缘结构设计，一旦外形结构遭到破坏，局部场强般都采用同轴电场的绝缘结构