隔离开关合闸不到位引起GIS放电故障的原因分析.docx

1、山东电力技术SHANDONGELECTRICPOWER隔离开关合闸不到位引起GIS放电故障的原因分析张丕沛，李杰，汪鹏(国网山东省电力公司电力科学研充院，山东济南250003)摘要：用于G1S的隔离开关密封在壳体内部，无法直接观察触头位置，只能借助分合闸指示、电压电流信号辅助判断分、合闸位置。若由于传动机构卡涩等原因导致隔离开关分、合闸不到位，此时分合闸指示、电压电流信号无法反映动静触头的真实接触情况，极有可能进一步引发跳闸事故。针对一起隔离开关合闸不到位引起的GIS放电故障，通过现场试验测试与解体分析，判断故障原因为隔离开关机构严重锈蚀导致合闸后动静触头虚接、烧熔、滴落，最终发展为屏蔽罩对壳

2、体放电。进一步对合闸不到位时触头触指接触电阻大小及发热程度进行理论分析和仿真计算，验证了故障原因分析的正确性。最后针对此类故障提出了相应的防范措施，为今后此类故障的处理提供参考。关说词：隔离开关：虚接：放电故障；接触电阻中图分类号:TM595文献标识码：B文章编号：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引言相对于敞开式隔离开关，用于GIS设备的隔离开关具有的绝缘性能强、维护工作少、检修周期长等优点"3。然而GIS隔离开关的拐臂、连杆等传动机构长期暴露在空气中，可能由于锈蚀、卡涩等原因导致隔离开关分合闸不到位，旦隔离开关动、静触头密封在GIS壳体内部,难以直接判断触头的真基金项目：国网山东省电力公司科技项目“GIS设备用固体绝缘件状态综合评价技术研究”(520626210012)。实接触情况，若继续带电运行则极有可能发展为跳闸事故文献7-9介绍了儿起GIS故障案例，通过解体检查判断故障原因为传动机构卡涩引起的隔离开关分合闸不到

8、位，带电后动、静触头间接触不良、发热烧熔，进而导致放电击穿，但都缺少对故障过程的还原及验证过程；文献1042建立了梅花触头的仿真模型,通过增大触头触指间接触电阻的方式来模拟发热过程,但整个仿真分析过程偏向于定性研究，接触电阻的取值缺少理论及试验支撑。本文介绍了一起隔离开关合闸不到位引起的GIS放电故障，通过现场测试与解休检查，对故障过程及原因进行了分析，并进一步结合理论分析及仿真计算，对故障过程进行还原，验证分析结果的正确性。1故障概况2019年11月8日，220kV某变电站220kV211间隔在送电合环6s后，线路差动保护动作，C相接地短路。经现场检查，2113隔离开关C相气室内部存在放电分

9、解物，判断为故障气室。211间隔外观如图1所示。该站220kV组合电器为2007年2月投运。211-3隔离开美为电动弹簧机构，传动方式为单机构三相联动拐臂连接，机构在C相侧，分合闸指示在A、B相间。211-3隔离开关结构如图2所示。图1211间隔外观699mm、轴中心距为698mm,B、C相之间连杆长度为706mm、轴中心距为707mm,满足“轴的中心距离与连杆长度的误差应控制在±2mm范围内”的出厂要求。图3隔离开关三相连杆锈蚀图2211-3隔离开关结构2现场检查情况现场检查211-3隔离开关外观，发现隔离开关三相连杆传动部分有明显锈蚀，如图3所示。检查隔离开关齿轮轴中心距及连杆长

10、度，检查结果如图4所示。现场A、B相之间连杆长度为试验合闸角度/（°）合闸足程/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隔离开关机械特性测试

11、数据利用隔离升关机械特性测试仪，对211-3隔离开关合闸角度、合闸超程测量10次。结果见表1。根据合闸机械特性试验数据可以看出，211-3隔离开关的合闸角度及三相合闸超程均未达到标准值（合闸角度（80±2）°,合闸超程25.5mm）要求，旦数据波动性较大，第2次试验数据值最小；同时C相超程明显小于另外两相，最小仅为8.66mm。3解体检查情况对故障相C相进行解体检查，发现壳体内部存在大量粉尘，静触头屏蔽罩及罐体底部对应位置存在明显放电烧蚀痕迹，触头及触指烧蚀严重，如图5所示,初步判断静触头屏蔽罩对壳体放电。（）绝缘拉杆（b）盆式绝缘子图6绝缘件检查情况内部绝缘拉杆、盆式绝缘

12、子表而有粉尘，经擦拭后,表面光滑，没有表面爬电和击穿情况。绝缘件检查情况如图6所示。<a）静触头屏蔽罩放电点及触指烧熔（b）罐体放电点及触头烧焰图5放电位置烧蚀情况4原因分析综合检查情况，211-3隔离开关机构输出轴、拐皆、连杆等存在严重锈蚀，10次机械特性试验中合闸超程均不满足要求，且C相超程明显低于另外两相，最小仅为8.66mm°结合触头与触指具体尺寸，此时C相动触头位于刚合点位置附近，如图7所示。此时动静触头处于虚接状态。且211-3隔离开关己运行超过10年,超过3年没有进行分合闸操作，因此故障前合闸操作时的阻力更大，C相的超程甚至小于8.66mm。因此，判断故障原因为：

13、211-3隔离开关传动部分锈蚀卡涩，输出轴、连杆、拐臂之间摩擦阻力增大，机械特性己不满足要求，且C相合闸超程下降最严重。合闸操作后三相均未到位，其中C相动、静触头处于虚接状态，合环后在负载电流的作用下，C相必静触头虚接烧蚀滴熔，滴落在屏蔽罩内部并熔出缺口，熔融物由缺口处滴落至壳体上。由于滴落过程缩短了屏蔽罩与壳体间的绝缘距离，因此进一步导致了屏蔽罩底部与壳体间发生击穿。5仿真验证为进一步验证C相合闸超程不足是否会导致烧熔、放电，继续对合闸超程不足时的接触电阻大小、以及由此引起的发热情况进行理论分析。根据Holm接触电阻表述，单个梅花触头结构的接触电阻Rj计算式为(1)式中：P"2分别

14、为触头和触指的电阻率,Qm：m为等效触点的接触半径，m,其表达式为等效触点的接触半径，m,其表达式为(3RRrtr=4E*(2)式中：R.为梅花触头结构的等效视在半径，m；E为梅花触头结构的等效弹性模量，N/m2；Fj为触头与触指接触点的压力，No以上3个参数可以通过式(3)式(5)计算c,3-,6o111=+RRxR2(3)111=+(4)E*EiE2Kk(Di-Do)(5)n式中:Ri.Rz分别为触头、触指的几何半径,m：Ei.E2分别为触头、触指的弹性模量，N/mK为抱紧弹簧的刚度系数，N/m：为触指数量;Do、。分别为触头插入前和插入后的弹簧中心线直径，m。以表1中合闸超程试验结果数值

15、最小值8.66mm为例，结合式T以及梅花触头结构的实际尺寸，计算得到相应的接触电阻为585Q,已远大于出厂值14Qo为进一步研究接触电阻增大后，触头发热的严重程度，根据隔离开关的实际结构尺寸建立三维温度场仿真模型，如图8所示。触头触指接触面附加一层宽度、厚度均为3mm的电阻膜，来模拟接触电阻，如图9所示，通过调整电阻膜的电阻率使其电阻值与接触电阻相等。仿真得到故障瞬间的梅花触头结构的温度分布如图10所示。触头触指接触位置的温度己达到1141°C,远超过铜材质触头触指的熔点(约1000©S可见,在触头触指接触位置的温度足以导致触头触指的烧熔滴落，验证了对故障原因的分析。图8隔

16、离开关仿真模型触头触指图9模拟接触电阻的电阻膜5X17829K4195396597S0900I020I141温度/Y图10梅花触头结构的温度分布结果6结语介绍了一起隔离开关合闸不到位引起的GIS放电故障，解体发现触头触指烧蚀严重，放电通道为静触头屏蔽罩对壳体放电，现场机械特性试验发现隔离开关合闸超程不满足要求，且C相明显低于其他两相,从而判断故障原因为隔离开关机构严重锈蚀导致合闸后动静触头虚接、烧熔、滴落,最终发展为屏蔽眠对壳体放电。进一步以合闸超程试验结果最小值8.66mm为例，对合闸不到位时触头触指接触旭阻大小及发热程度进行理论分析和仿真计算。结果显示，触头触指接触位置的温度已达到1141

17、°C,远超过铜材质触头触指的熔点，从而还原了故障过程，验证了故障原因分析的正确性。参考文献纽春萍.强若辰.荣命哲，等.弹簧触指的枪态温升仿真与实验研究J，高压电器，2015,51(3):8-14.1 何宁辉，朱洪波，周秀，等.GIS内部缺陷检测及诊断分析技术研究J.电测与仪表，2019,56(24):86-91.2 从浩嘉.李庆民.齐波.等.基于红外传感的GIS隔离开关触头温度在线监测技术研究。.电力自动化设备，2014.3(3):144-148.3 张丕沛.李杰，汨鹏.等.组合电器导体接头过热的原因分析及检测方法研究J.山东电力技2020.47(11):41-44.4 孙国降关向雨

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