1、山東電力技術SHANDONGELECTRICPOWER隔離開關合閘不到位引起GIS放電故障的原因分析張丕沛，李杰，汪鵬(國網山東省電力公司電力科學研充院，山東濟南250003)摘要：用于G1S的隔離開關密封在殼體內部，無法直接觀察觸頭位置，只能借助分合閘指示、電壓電流信號輔助判斷分、合閘位置。若由于傳動機構卡澀等原因導致隔離開關分、合閘不到位，此時分合閘指示、電壓電流信號無法反映動靜觸頭的真實接觸情況，極有可能進一步引發跳閘事故。針對一起隔離開關合閘不到位引起的GIS放電故障，通過現場試驗測試與解體分析，判斷故障原因為隔離開關機構嚴重銹蝕導致合閘后動靜觸頭虛接、燒熔、滴落，最終發展為屏蔽罩對殼

2、體放電。進一步對合閘不到位時觸頭觸指接觸電阻大小及發熱程度進行理論分析和仿真計算，驗證了故障原因分析的正確性。最后針對此類故障提出了相應的防范措施，為今后此類故障的處理提供參考。關說詞：隔離開關：虛接：放電故障；接觸電阻中圖分類號:TM595文獻標識碼：B文章編號：1007-9904(2021)11-0054-05CauseAnalysisofGISDischargeFaultCausedbyDisconnectorClosingnotinPlaceZHANGPipei.LIJie.WANGPeng(StateGridShandongElectricPowerResearchInstitute

3、.Jinan250003.China)Abstract：ThedisconnectorofGISissealedintheshell,soitcan'tdirectlyobservethecontactposition.ltcanonlyjudgetheopeningandclosingpositionwiththehelpofopeningandclosingindicationandvoltageandcurrentsignal.Iftheopeningandclosingofthedisconnectorisnotinplaceduetothejamofthetransmissi

4、onmechanismandotherreasons,theopeningandclosingindicationandvoltageandcurrentsignalscannotreflecttherealcontactconditionofthedynamicandstaticcontacts,soitisverylikelytocausefurthertrippingaccidents.AGISdischargefaultcausedbythedisconnectordosingnotinplacewasanalyzed.Throughfieldtestanddisassemblyana

5、lysis,itwasjudgedthatthefaultwascausedbytheseriouscorrosionofthedisconnectormechanism,whichledtothevirtualconnection,meltinganddrippingofthemovingandstaticcontactsafterclosing,andfinallydevelopedintotheshieldingcovertodischargetheshell.Furthermore,thetheoreticalanalysisandsimulationcalculationofthec

6、ontactresistanceandheatingdegreeofthecontactfingerwhentheswitchisnotinplacewerecarriedouttoverifythecorrectnessofthefaultcauseanalysis.Finally,thecorrespondingpreventivemeasureswereputforward.whichprovidereferencesforthetreatmentofsimilarfaultsinthefuture.Keywords：disconnector；virtualconnection；disc

7、hargefault；contactresistance0引言相對于敞開式隔離開關，用于GIS設備的隔離開關具有的絕緣性能強、維護工作少、檢修周期長等優點"3。然而GIS隔離開關的拐臂、連桿等傳動機構長期暴露在空氣中，可能由于銹蝕、卡澀等原因導致隔離開關分合閘不到位，旦隔離開關動、靜觸頭密封在GIS殼體內部,難以直接判斷觸頭的真基金項目：國網山東省電力公司科技項目“GIS設備用固體絕緣件狀態綜合評價技術研究”(520626210012)。實接觸情況，若繼續帶電運行則極有可能發展為跳閘事故文獻7-9介紹了兒起GIS故障案例，通過解體檢查判斷故障原因為傳動機構卡澀引起的隔離開關分合閘不到

8、位，帶電后動、靜觸頭間接觸不良、發熱燒熔，進而導致放電擊穿，但都缺少對故障過程的還原及驗證過程；文獻1042建立了梅花觸頭的仿真模型,通過增大觸頭觸指間接觸電阻的方式來模擬發熱過程,但整個仿真分析過程偏向于定性研究，接觸電阻的取值缺少理論及試驗支撐。本文介紹了一起隔離開關合閘不到位引起的GIS放電故障，通過現場測試與解休檢查，對故障過程及原因進行了分析，并進一步結合理論分析及仿真計算，對故障過程進行還原，驗證分析結果的正確性。1故障概況2019年11月8日，220kV某變電站220kV211間隔在送電合環6s后，線路差動保護動作，C相接地短路。經現場檢查，2113隔離開關C相氣室內部存在放電分

9、解物，判斷為故障氣室。211間隔外觀如圖1所示。該站220kV組合電器為2007年2月投運。211-3隔離開美為電動彈簧機構，傳動方式為單機構三相聯動拐臂連接，機構在C相側，分合閘指示在A、B相間。211-3隔離開關結構如圖2所示。圖1211間隔外觀699mm、軸中心距為698mm,B、C相之間連桿長度為706mm、軸中心距為707mm,滿足“軸的中心距離與連桿長度的誤差應控制在±2mm范圍內”的出廠要求。圖3隔離開關三相連桿銹蝕圖2211-3隔離開關結構2現場檢查情況現場檢查211-3隔離開關外觀，發現隔離開關三相連桿傳動部分有明顯銹蝕，如圖3所示。檢查隔離開關齒輪軸中心距及連桿長

10、度，檢查結果如圖4所示。現場A、B相之間連桿長度為試驗合閘角度/（°）合閘足程/mmA相B相C相第1次75.8123.0622.9415.43第2次72.7516.3316.488.66第3次76.5224.5624.5319.72第4次75.0622.1321.8514.61第5次75.5722.9622.7715.50第6次75.4222.3922.8115.25第7次76.6524.5724.6216.81第8次76.3924.2524.1516.74第9次73.2119.6319.2110.19第10次77.4824.8225.0017.26表1211-3隔離開關機械特性測試

11、數據利用隔離升關機械特性測試儀，對211-3隔離開關合閘角度、合閘超程測量10次。結果見表1。根據合閘機械特性試驗數據可以看出，211-3隔離開關的合閘角度及三相合閘超程均未達到標準值（合閘角度（80±2）°,合閘超程25.5mm）要求，旦數據波動性較大，第2次試驗數據值最小；同時C相超程明顯小于另外兩相，最小僅為8.66mm。3解體檢查情況對故障相C相進行解體檢查，發現殼體內部存在大量粉塵，靜觸頭屏蔽罩及罐體底部對應位置存在明顯放電燒蝕痕跡，觸頭及觸指燒蝕嚴重，如圖5所示,初步判斷靜觸頭屏蔽罩對殼體放電。（）絕緣拉桿（b）盆式絕緣子圖6絕緣件檢查情況內部絕緣拉桿、盆式絕緣

12、子表而有粉塵，經擦拭后,表面光滑，沒有表面爬電和擊穿情況。絕緣件檢查情況如圖6所示。<a）靜觸頭屏蔽罩放電點及觸指燒熔（b）罐體放電點及觸頭燒焰圖5放電位置燒蝕情況4原因分析綜合檢查情況，211-3隔離開關機構輸出軸、拐皆、連桿等存在嚴重銹蝕，10次機械特性試驗中合閘超程均不滿足要求，且C相超程明顯低于另外兩相，最小僅為8.66mm°結合觸頭與觸指具體尺寸，此時C相動觸頭位于剛合點位置附近，如圖7所示。此時動靜觸頭處于虛接狀態。且211-3隔離開關己運行超過10年,超過3年沒有進行分合閘操作，因此故障前合閘操作時的阻力更大，C相的超程甚至小于8.66mm。因此，判斷故障原因為：

13、211-3隔離開關傳動部分銹蝕卡澀，輸出軸、連桿、拐臂之間摩擦阻力增大，機械特性己不滿足要求，且C相合閘超程下降最嚴重。合閘操作后三相均未到位，其中C相動、靜觸頭處于虛接狀態，合環后在負載電流的作用下，C相必靜觸頭虛接燒蝕滴熔，滴落在屏蔽罩內部并熔出缺口，熔融物由缺口處滴落至殼體上。由于滴落過程縮短了屏蔽罩與殼體間的絕緣距離，因此進一步導致了屏蔽罩底部與殼體間發生擊穿。5仿真驗證為進一步驗證C相合閘超程不足是否會導致燒熔、放電，繼續對合閘超程不足時的接觸電阻大小、以及由此引起的發熱情況進行理論分析。根據Holm接觸電阻表述，單個梅花觸頭結構的接觸電阻Rj計算式為(1)式中：P"2分別

14、為觸頭和觸指的電阻率,Qm：m為等效觸點的接觸半徑，m,其表達式為等效觸點的接觸半徑，m,其表達式為(3RRrtr=4E*(2)式中：R.為梅花觸頭結構的等效視在半徑，m；E為梅花觸頭結構的等效彈性模量，N/m2；Fj為觸頭與觸指接觸點的壓力，No以上3個參數可以通過式(3)式(5)計算c,3-,6o111=+RRxR2(3)111=+(4)E*EiE2Kk(Di-Do)(5)n式中:Ri.Rz分別為觸頭、觸指的幾何半徑,m：Ei.E2分別為觸頭、觸指的彈性模量，N/mK為抱緊彈簧的剛度系數，N/m：為觸指數量;Do、。分別為觸頭插入前和插入后的彈簧中心線直徑，m。以表1中合閘超程試驗結果數值

15、最小值8.66mm為例，結合式T以及梅花觸頭結構的實際尺寸，計算得到相應的接觸電阻為585Q,已遠大于出廠值14Qo為進一步研究接觸電阻增大后，觸頭發熱的嚴重程度，根據隔離開關的實際結構尺寸建立三維溫度場仿真模型，如圖8所示。觸頭觸指接觸面附加一層寬度、厚度均為3mm的電阻膜，來模擬接觸電阻，如圖9所示，通過調整電阻膜的電阻率使其電阻值與接觸電阻相等。仿真得到故障瞬間的梅花觸頭結構的溫度分布如圖10所示。觸頭觸指接觸位置的溫度己達到1141°C,遠超過銅材質觸頭觸指的熔點(約1000©S可見,在觸頭觸指接觸位置的溫度足以導致觸頭觸指的燒熔滴落，驗證了對故障原因的分析。圖8隔

16、離開關仿真模型觸頭觸指圖9模擬接觸電阻的電阻膜5X17829K4195396597S0900I020I141溫度/Y圖10梅花觸頭結構的溫度分布結果6結語介紹了一起隔離開關合閘不到位引起的GIS放電故障，解體發現觸頭觸指燒蝕嚴重，放電通道為靜觸頭屏蔽罩對殼體放電，現場機械特性試驗發現隔離開關合閘超程不滿足要求，且C相明顯低于其他兩相,從而判斷故障原因為隔離開關機構嚴重銹蝕導致合閘后動靜觸頭虛接、燒熔、滴落,最終發展為屏蔽眠對殼體放電。進一步以合閘超程試驗結果最小值8.66mm為例，對合閘不到位時觸頭觸指接觸旭阻大小及發熱程度進行理論分析和仿真計算。結果顯示，觸頭觸指接觸位置的溫度已達到1141

17、°C,遠超過銅材質觸頭觸指的熔點，從而還原了故障過程，驗證了故障原因分析的正確性。參考文獻紐春萍.強若辰.榮命哲，等.彈簧觸指的槍態溫升仿真與實驗研究J，高壓電器，2015,51(3):8-14.1 何寧輝，朱洪波，周秀，等.GIS內部缺陷檢測及診斷分析技術研究J.電測與儀表，2019,56(24):86-91.2 從浩嘉.李慶民.齊波.等.基于紅外傳感的GIS隔離開關觸頭溫度在線監測技術研究。.電力自動化設備，2014.3(3):144-148.3 張丕沛.李杰，汨鵬.等.組合電器導體接頭過熱的原因分析及檢測方法研究J.山東電力技2020.47(11):41-44.4 孫國降關向雨

18、，金向朝，等.基于多場棋合計算的休絕緣開關設備俘線接頭過熱性故障分析J.高電壓技術，2014.40<11):3445-3451.5 黃克捷，程建偉，王帥兵，等.252kVGIS滅弧室絕緣故障的電熱耦含仿真分析J.廣東電力，2019.32(5):133-140.6 趙海多，趙海盼，李金懋，等220kV變電站HGIS隔離開關合閘不到位原因分析及處理J.內蒙古電力技術，2018,36(5)：89-93.7 傅智為，許軍，林一泓，等.一起500kV輸變電工程啟動調試中HGIS短路事故的分析研究J.高壓電器，2014,50(9):89-93.8 周金購.黃冰心.GIS鬧離開關合閘不到位引發拉弧故障的處理與分析J.電氣開關，2012.50(5):106-108.9 陳強,李慶民，從浩嘉，等.引入多重邊界條件的GIS母線溫度分布多場病合計算及影響因素分析J.電工技術學報，2016,31(17):187-195.10 段輝.顧延利，王偉.等.一起HOkVGIS電流互感器氣室內部發熱故障分析J.山東電力技術.2019.46(5):78-80.11 同成頌.冉一丁.張宇.GIS組合電器主回路直流電阻不總定分析J.山東電力技術，2019,46<8)：71-76.