1、會計學1設備技術發展及典型事故分析設備技術發展及典型事故分析第一部分 前言第一部分 前言 我國變電站主要有三大類 一類是采用常規敞開式開關設備(Air Insulated Switchgear) 另一類是氣體絕緣金屬封閉開關設備（Gas Insulated Switchgear） 第三類是復合式氣體絕緣金屬封閉開關設備（Hybrid Gas Insulated Switchgear,即HGIS） 還有一種敞開式組合電器 第二部分 裝用基本情況 GIS設備的研究和開發始于上世紀50年代的歐洲和日本，我國在七十年代初開始使用GIS設備，八十年代中后期開始應用在500kV電網中，第一套550kV G

2、IS應用在廣東江門500kV變電站，由ABB公司制造生產，型號為ELKSL3。第一套國內自主生產的550kV GIS設備為原沈陽高壓開關廠生產，型號為ZFW，于1992年應用在東北電網500kV遼陽站，已于2007年徹底退役。 第二部分 裝用基本情況1. 裝用情況第二部分 裝用基本情況 隨著用電負荷需求的不斷增長，電網建設規模逐年擴大，尤其是近兩年國家電網公司提出建設堅強電網的要求以來，電網建設投資呈倍增長。截至2008年底，敞開式斷路器和GIS設備（斷路器間隔）的裝用情況見表1。 CB:臺 GIS：間隔 第二部分 裝用基本情況表1 敞開式斷路器及GIS設備裝用情況 裝用量800 kV550k

3、V363kV252kV126kV72.5kV合計CBGISCBGISCBGISCBGISCBGISCBGISCBGIS200877295946583113516132329736058911757617476174813768200702239127774375152482043359586974621857260558994120060220771577044614502128934781524261354475819971812005001682586252812104857293014409579737449509572608同比025023.867.911.88010.061.414.

4、330.718.630.613.938.507同比0015.176.45.563.05.158.53.433.01.428.04.138.406同比23.5170.712.664.319.850.418.718.95.819.517.625.4第二部分 裝用基本情況圖1 GIS和斷路器同比增長趨勢圖 2.裝用情況趨勢分析 從表1可以看出，至2008年底，組合電器裝用量的年平均增長率依次為：363kV550kV252kV126kV72.5kV。敞開式斷路器各電壓等級依次為：550kV72.5kV126kV363kV252kV; 數據表明，GIS裝用量大幅增長，均在30以上，同比，GIS的增長率遠

5、遠超過了敞開式斷路器。以上數據與國家電網公司集中規模采購招標相一致。 第二部分 裝用基本情況表2 近兩年招標采購數量 據統計，2006年集中招標采購主設備和材料總價值200億元，其中，開關設備共52億元，占集中招標的總數四分之一多。2007年集中招標采購主設備和材料總價值438億元，其中，開關設備共77億元，占集中招標的總數六分之一多。 第二部分 裝用基本情況金額（億元）斷路器組合電器隔離和接地開關合計2008年122007年19499772006年1263452合計315543129增長率58.3716.773.548.13.按區域分布的裝用情況 從單位裝用情況看，裝用量最大的省份依次是山東

6、、江蘇、北京、上海和河南，合計約占總量的52.8。從分布區域看，華北和華東地區的裝用量所占比例最高，其中，華北地區最多，占總數的41.1%，華東占27.7%。72.5kV及以上組合電器按照區域分類統計情況詳見表3。表3 72.5kV及以上組合電器按區域分類統計表 地域名稱華北東北華東華中西北新源和運行公司所占比例41.15.527.715.79.30.7第二部分 裝用基本情況第三部分 技術經濟性分析1.設備特點及優勢 1）可靠性高 （1）由于GIS全部采用SF6氣體絕緣技術，除進出線套管外其它元件均組合在封閉的金屬殼體內，大大減少外露的帶電部分，外露套管可采用高強瓷、大爬距瓷瓶，故障率低，因此

7、GIS設備具備了運行可靠性高、環境適應能力強，耐地震能力強的特點。 （2）由于在SF6氣室內, 設備相間及對地絕緣距離大為減少, 加之設備的多種方案組合, 真正實現設備的小型化、緊湊化, 顯著地減少占地。 第三部分 技術經濟性分析 2）實用性強 （1）接線方式靈活。GIS采用模塊化設計，布置方便靈活，可用于各種主接線。 （2）現場安裝工期短。GIS在廠內按現場情況完整裝配，并進行出廠試驗，整塊運輸或按運輸單元運輸，使現場安裝調試工作量減少。 （3）日常維護工作量少。 （4）擴建靈活方便。第三部分 技術經濟性分析 3）綜合成本低，經濟性好 （1）GIS設備價格約為常規敞開式AIS設備價格的1.6

8、2.3倍之間，HGIS設備價格約為常規敞開式AIS設備價格的1.41.7倍之間。GIS占地面積僅為AIS設備的35左右，HGIS設備占地面積約為60左右。 （2）GIS和HGIS設備的架臺構件大幅減少，GIS設備約為常規敞開式AIS的1/5，HGIS的架臺構件約為常規敞開式AIS的80%。 （3）GIS和HGIS設備現場作業量約為常規敞開式AIS的50%60%，減少了安裝工期，安裝費用降低。 第三部分 技術經濟性分析 2.經濟性能指標 GIS和HGIS設備由多個功能單元組成，全封閉結構，產品設計難度大，制造工藝復雜、加工工藝要求高，這就注定了GIS和HGIS設備較常規敞開式設備造價昂貴，表4為

9、近年來AIS、GIS、HGIS設備的采購市場中間價。表5為AIS、GIS、HGIS主要經濟性能指標比較。第三部分 技術經濟性分析 電壓等級電壓等級AISHGISGIS國產國產合資合資國產國產合資合資國產國產合資合資50054070075090010001600220180225/2653701106080/100170價格比（價格比（）11.31.41.71.51.92.13.0表4 AIS、GIS、HGIS設備價格比較 單位：萬元/間隔 第三部分 技術經濟性分析 （1）如果將國產AIS設備的價格定為1，則國產AIS、合資AIS、國產GIS、合資GIS的比例依次為(比值為各電壓等級算術平均值)

10、：1：1.3：1.7:2.6。（2）GIS設備價格是AIS設備價格的1.62.3倍。（3）HGIS設備價格是AIS設備價格的1.41.7倍。（4）合資廠GIS設備價格是國產GIS設備的1.41.7倍。（5）合資廠AIS設備價格基本是國產AIS設備的1.3倍。 第三部分 技術經濟性分析 比較項目比較項目AISGISHGIS價格比價格比11.62.31.41.7占地面積比占地面積比10.350.6運行可靠性指標運行可靠性指標耐污穢能力耐污穢能力一般最強，外露絕緣件很少較強維修停電范圍維修停電范圍主母線和非檢修線路不必停電同AIS同AIS套管維護特性套管維護特性費時、費錢最少（僅出線套管）較少擴建工

11、程方便性擴建工程方便性方便方便靈活、方便表5 AIS、GIS、HGIS主要經濟技術性能比較第三部分 技術經濟性分析 第四部分 產品的技術進步 1.GIS元件的標準化和模塊化 GIS標準化是將GCB，主母線、DS/ES、電纜頭等進行模塊化設計，大大減少了組件數量，較少了安裝面積，裝配連接標準化。 2.輕型鋁合金外殼 外殼采用鋁合金材質，較鋼外殼輕約2/3，減輕了外殼重量和功率損耗，同時提高了機械強度和密封性。 3.緊湊布置的三相共箱 緊湊型和小型化主要體現在全三相共箱和母線共箱式結構。 第四部分 產品的技術進步 4.智能式GIS 同步開斷裝置、選相合閘裝置，狀態檢測診斷技術以及新型傳感器的應用，

12、使GIS向智能化邁進了一步。 5.插接式電纜終端 使用插接式電纜終端可將GIS安裝和電纜系統安裝完全分開，在電纜試驗、檢修時可直接將電纜終端頭拔出，而不需要打開GIS氣室。 第四部分 產品的技術進步 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 一、北京電網220kV草橋變電站GIS故障情況 220kV草橋變電站位于北京市豐臺區，為220kV負荷變電站，設計規模為4回進線，4臺主變，本期投產2臺250MVA變壓器。正常情況下兩臺主變分列運行，變壓器220kV側中性點不接地。全站共4路220kV電源，分別為苑橋一、二（南苑站至草橋站）、安橋一、二線（安定站至草橋站）。如圖4-1。 正常方式下草橋變電站4號

13、和5號母線分別由南苑和安定方向供電，草橋站母線聯絡開關2245處于斷開狀態。由220kV安橋二線（2212）、苑橋一線（2213）供電，苑橋二線（2211）、安橋一線（2214）為備用狀態，母聯2245開關斷開自投運行。 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 圖4-1 220kV草橋變電站電氣接線示意圖 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 n 草橋變電站開始3號變和220kV安橋二線檢修工作。過程如下：n 3號變轉檢修，開關操作順序： 1）合上220kV母聯2245開關; 2）合上110kV分段145開關、合上10kV分段245開關，斷開3號變低壓203開關、斷開3號變中壓103開關; 3）斷開

14、220kV母聯2245開關、斷開3號變高壓2203開關。第五部分 幾起典型的GIS設備故障 n 安橋二線轉檢修，開關操作順序：（接前操作順序） 1）合上安橋一線2214開關； 2）斷開苑橋一線2213開關； 3）合上苑橋二線2211開關，帶150MW負荷； 4）斷開安橋二線2212開關。 至此，該站改由220kV安橋一、苑橋二線供電，苑橋一線備用，安橋二線檢修。 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 1）3號變檢修結束，開始恢復送電； 2）合上3號變高壓側2203開關，空充變壓器； 3）合上母聯2245開關1979ms后發生2214開關故障跳閘（根據故障錄波器的記錄，當母聯2245開關合閘后，從

15、波形圖看出流過進線2214開關、母聯2245開關電流約440A，三相電流幅值基本相等，說明2245開關合閘成功）。第五部分 幾起典型的GIS設備故障 發生事故的是上海西門子高壓開關有限公司生產的8DN9型252kV GIS 開關設備。事故間隔運行編號為2214，事故發生時處于運行狀態。 經對事故現場初步檢查，安橋一線2214間隔A相線路“隔離開關-電纜終端”氣室防爆膜破裂，見圖4-2。電纜終端外殼上側有明顯燒灼變色痕跡，見圖4-3。初步判斷該氣室發生對外殼閃絡。 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 圖4-2 防爆膜破裂 圖4-3 電纜終端外殼灼燒變色 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 l 出

16、廠試驗記錄、現場安裝及試驗記錄、運行巡檢記錄等。l 安裝日期：2214間隔于2007年3月24日29日完成安裝。l 試驗內容：6月11日完成GIS交接試驗。9月30日完成電纜終端絕緣 試驗。10月1日完成水分測量及檢漏。l 投運日期：10月4日投運。l 出廠試驗報告，試驗項目齊全，試驗結果合格。 l 設備運行期間，各項記錄值正常。 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 解體步驟： 2214間隔故障相（A相）解體檢查分為四個步驟，見圖4-4： 步驟1 打開電纜終端罐體手孔蓋板； 步驟2 打開帶電顯示裝置處法蘭蓋板； 步驟3 移開電纜終端罐體； 步驟4 解體隔離開關罐體及裝配； 解體后對故障相（A相

17、）氣室內殘留物進行了收集、檢查。 在解體過程中，因需要了解電纜終端相關零部件結構，對2214間隔的B相也進行了局部解體。 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 圖4-4 解體檢查步驟 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 解體現象 解體后的電纜終端罐體手孔蓋板見圖4-4所示。觀察發現： （1）手孔蓋板內側有顯著電弧燒灼痕跡，所裝吸附劑蓋板燒化，內部吸附劑散落，見圖4-5。圖4-6是B相（正常相）蓋板結構。 圖4-5 A相蓋板(故障相) 圖4-6 B相蓋板(正常相)第五部分 幾起典型的GIS設備故障 （2）打開帶電顯示裝置法蘭蓋板，該蓋板內側有電弧噴濺痕跡，見圖4-7。圖4-7 帶電顯示器裝置蓋板內

18、側第五部分 幾起典型的GIS設備故障 （3）在移開上述兩個蓋板之后，發現電纜終端罐體內部放電現象嚴重，主要表現為： a) 電纜終端與GIS連接部位的滑動觸頭已經被燒掉，形成一個可見斷口，見圖4-8所示。對此部位簡稱為 “A部位”，見圖4-11示意圖。圖4-9顯示的是B相（正常相）同一部位結構。 圖4-8 A相 (故障相) 圖4-9 B相 (正常相) 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 與滑動觸頭對應部位的罐體內壁上也有大面積燒灼痕跡，見圖4-10。 圖4-10 罐體內壁大面積燒灼 圖4-11 A、B部位示意圖第五部分 幾起典型的GIS設備故障 b) 吸附劑蓋板上方罐體內壁與電纜終端導體屏蔽罩對

19、應部位燒損嚴重。圖4-12顯示電纜終端導體屏蔽罩燒損情況，圖4-13顯示對應罐體內壁燒損情況。此部位簡稱為“B部位”，見圖4-11示意圖。 圖4-12 電纜終端導體屏蔽罩 圖4-13 吸附劑蓋板上方罐體第五部分 幾起典型的GIS設備故障 (4)移開電纜終端罐體（見圖4-14） 電纜終端罐體吊開后，發現罐體下部法蘭上積存大量電弧燒蝕殘留物，判斷其中一塊較大的是“A部位”滑動觸頭外殼殘留物，見圖4-15。其它殘留物多為觸指及電弧熔燒后滴落下來形成的無規則塊狀物。罐體下部邊緣也散落著金屬鋁融化物、吸附劑顆粒和SF6電弧分解物粉末。 圖4-14 電纜終端罐體 圖4-15 滑動觸頭外罩及觸指殘留物 第五

20、部分 幾起典型的GIS設備故障 (5)解體隔離開關單元 隔離開關解體后檢查，動靜觸頭基本良好，外表面覆蓋一層SF6電弧分解物粉末。對圖4-16所示的兩個盆式絕緣子檢查，表面有熏黑現象，也有局部碳化現象，對應外殼上未發現電弧燒痕，見圖4-17、圖4-18。 圖4-16 隔離開關裝配圖第五部分 幾起典型的GIS設備故障 圖4-17 盆式絕緣子1圖4-18 盆式絕緣子2 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 通過對解體現象分析，2214間隔A相線路“隔離開關-電纜終端”氣室比較明顯的放電部位有2處，即“A部位”和“B部位”。見圖4-10。 （1）對“A部位”分析如下： “A部位”燒損現象如圖4-19所

21、示。該部位導體連接結構見圖4-20，圖中涉及相關零部件分別為：導體1、滑動觸頭、導體2。 圖4-19 “A部位”燒損現象第五部分 幾起典型的GIS設備故障 圖4-20 “A部位”示意圖 現場觀察到導體1端部燒損呈斜角狀，滑動觸頭外殼幾乎完全燒毀，其內部裝配的觸指大部掉落。導體2未見明顯燒損。 分析表明，電弧首先從導體1端部與滑動觸頭的接觸面燒起，電弧擴散，引發“A部位”對外殼放電。 起弧的原因是導體1端部與滑動觸頭接觸不良，產生局部放電，在長期（約5個月）帶電過程中，造成接觸進一步劣化，當2245開關合閘后有電流流過時，產生電弧導致對外殼放電。 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 （2）對“B

22、部位”分析如下： 此處帶電部位無運動部件，對外殼距離實測值為105mm，一般不會引起放電。但“A部位”起弧后，隨著電弧運動到該部位，即造成“B部位”對外殼嚴重燒損。 分析認為，在完成母聯2245開關合閘操作后1979ms，“A部位”首先起弧，電弧持續時間546ms，短路電流約25kA，造成氣室內壓力升高，防爆膜破裂。220kV安橋一線、苑橋二線保護動作跳閘，切除故障。1s后重合動作導致再次起弧，后加速保護動作，61ms切除故障。 綜合分析，事故的可能起因一是制造問題，二是安裝不當。技術組核查了制造商提供的相關設計圖紙，對現場完好相的同類零部件進行了實地測量，測量結果與圖紙標注尺寸基本相符，未發

23、現明顯制造問題。因此事故起因判斷為安裝不當所致。 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 2008年3月21日，220kV草橋變電站2214間隔A相“隔離開關電纜終端”氣室發生故障。故障的直接原因是該氣室內導體連接處所用滑動觸頭與導體接觸不良，當本次電流流過時放電，引發絕緣破壞。 接觸不良系安裝不當所致，原因如下： （1）按本設備買賣合同及IEC/TS 60859標準規定，電纜終端氣室內導體及滑動觸頭連接屬GIS制造商質量保證范圍，制造商本次未提供有效質量保證； （2）制造商未按本設備買賣合同派出專業人員到達草橋變電站進行2214間隔設備的安裝或指導安裝； （3）制造商未按國家及電力行業標準GB/

24、T 11022-1999、DL/T 593-2006及買賣雙方技術協議要求提供相關安裝檢驗文件。 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 有條件時對電纜與GIS 的連接處進行局部放電測量； 嚴格GIS與電纜終端連接的裝配工藝，進行有效質量保證，確保滑動觸頭裝配接觸可靠。 在安裝階段，對電纜與GIS 的連接處進行回路電阻測量；第五部分 幾起典型的GIS設備故障 二、湖北光谷變220kVGIS4母線事故 2008年07月26日07:52:02，500kV光谷變220kV#4母線第一、二套母差保護同時動作，根據錄波圖數據：B相故障后 A、C相相繼故障動作（第二套母差保護啟動3ms后跳母B相，穩態量差動保

25、護20ms后跳母三相）。故障持續時間為60ms，故障電流峰值為57kA。 220kV光左線、光花二回線、#4主變中壓側以及母聯開關三相跳閘，220kV保護小室故障錄波器動作。 由于220kV為全GIS設備，接于#4、6母線上的光左線、光花二回線、#4主變中壓側跳閘是由#4、6母線內部故障引起。以上線路所有保護、故障錄波、開關動作均正確。 事故原因初步判斷為GIS內部母線故障引起。 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 1）SF6分解物的測試：4母線13氣室內SO2含量超過3000ppm，其余氣室S02含量均小于2ppm； 2）絕緣試驗：500V兆歐表測量4母線三相對地絕緣和相間絕緣電阻偏低； 3

26、）直流電阻原始記錄核對：數據合格。 初步判定故障點為#4母線13氣室。第五部分 幾起典型的GIS設備故障 26日晚19：00點，施工單位在廠家監督下打開第六號氣室檢修孔，發現在靠近第五號和第六號氣室對接處第六號氣室內B相母線導體脫落。現場照片如下：第五部分 幾起典型的GIS設備故障 27日下午13：00，拆開GIS進入氣室內進行檢查，外觀檢查發現：13間隔B相導體脫落，導體前端與盆式絕緣子上梅花觸頭連接處接頭已被電弧燒熔。 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 220kV 4母線第6氣室側絕緣盆子B相梅花觸頭下方均壓罩已被電弧燒熔了約為100100mm的缺口，觸指被燒損2片。梅花觸頭內部的導向桿

27、也遭到了嚴重燒蝕。 現場發現B相梅花觸頭箍緊彈簧只殘留內側一根（正常為三根），下部熔渣中未發現肉眼可見的殘留彈簧。第五部分 幾起典型的GIS設備故障 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 檢查發現B相導體未裝限位止釘。 上圖為B相的靜觸頭磨損印跡，可以清楚的看到動觸頭磨損印跡已經超過了限位止釘孔的內沿，若裝了限位止釘，磨損印跡只會到達限位止釘孔的外沿，由此可以明確的判斷，B相筒壁內動靜觸頭裝配時靜觸頭座沒有加裝限位止釘。第五部分 幾起典型的GIS設備故障 上圖是正常的加裝了限位止釘的觸頭磨損印跡，可以清楚的看到靜觸頭磨損印跡沒有超過限位止釘處。第五部分 幾起典型的GIS設備故障 事故調查組首先排

28、除了以下幾類可能造成事故的原因： 1）外部過電壓的影響： 天氣晴，方圓10公里以內無雷電活動。 2）內部過電壓的影響： 事故發生無任何倒閘操作。 3）構架、基礎沉降的影響： GIS構架，地基完好，無沉降。 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 本次GIS母線事故是由于母線動靜觸頭現場裝配的限位止釘缺失，從而導致母線裝配尺寸發生變化造成GIS內局部場強畸變，最終導致母線單相接地并發展為母線三相接地短路的絕緣事故。GIS安裝，限位止釘缺失導體與筒壁、盆式絕緣子靜觸頭屏蔽罩的幾何尺寸發生改變GIS內局部場強發生畸變，導致局部放電產生，長時間的局放導致絕緣不斷劣化母線單相接地，高溫電弧產生，發展成為三相

29、故障運行工況的改變導致導體與盆式絕緣子靜觸頭以及絕緣支撐臺發生相對位移第五部分 幾起典型的GIS設備故障 GIS內母線位移的原因：B相導體連接觸頭座的限位止釘缺失，GIS運行帶電后，在電動力作用下，使B相主母線導體發生串動，發生相對位移，最終導致盆式絕緣子靜觸頭觸指會與導電桿松脫，從而造成導電桿與屏蔽罩、筒壁的幾何尺寸發生改變。由于內部充有SF6氣體，GIS絕緣距離非常緊湊。為保障良好的電氣絕緣水平，GIS內部導體一般都采用同軸電場的絕緣結構設計，一旦外形結構遭到破壞，局部場強會急劇增加，超過設計的許用場強后，SF6氣隙將不能承受運行電壓發生擊穿，從而造成單相接地故障。 發生單相接地故障后，在

30、高溫電弧的作用，SF6氣體快速分解，SF6氣體絕緣特性快速下降，單相接地短路故障迅速發展為三相相間短路并接地故障。第五部分 幾起典型的GIS設備故障 第五部分 幾起典型的GIS設備故障 第六部分 結語 第六部分 結語 GIS設備的現場安裝質量是保證設備安全、按期投運的最后環節。 目前現場安裝主要存在以下問題： 一是戶外安裝環境無法滿足設備安裝條件的要求。 二是安裝程序和安裝工藝未嚴格按照廠家安裝規范進行。 三是對安裝過程中的死點盲點未采取有效措施進行觀察確認。 GIS安裝應嚴格按照制造廠安裝規范進行。 THE END謝 謝 大 家 GIS設備的研究和開發始于上世紀50年代的歐洲和日本，我國在七

31、十年代初開始使用GIS設備，八十年代中后期開始應用在500kV電網中，第一套550kV GIS應用在廣東江門500kV變電站，由ABB公司制造生產，型號為ELKSL3。第一套國內自主生產的550kV GIS設備為原沈陽高壓開關廠生產，型號為ZFW，于1992年應用在東北電網500kV遼陽站，已于2007年徹底退役。 第二部分 裝用基本情況3.按區域分布的裝用情況 從單位裝用情況看，裝用量最大的省份依次是山東、江蘇、北京、上海和河南，合計約占總量的52.8。從分布區域看，華北和華東地區的裝用量所占比例最高，其中，華北地區最多，占總數的41.1%，華東占27.7%。72.5kV及以上組合電器按照區域分