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触头安装错误,导致GIS避雷器耐压试验不合格,误装设备绝对不行

GIS(Gas Insulated Switchgear,气体绝缘金属封闭开关)设备是由断路器、隔离开关、接地开关、母线等元件直接联到一起,封闭在接地的金属外壳内,壳内充以额定压力的SF6气体作为灭弧介质。
 
近年来,随着城市电网建设的发展,GIS变电站的数量不断增加。GIS因其具有的诸多优点,已经成为主导电力设备。但是,由于电力GIS设备本身的封闭性,使得故障检测和诊断相对困难,同时该类设备内部场强又很高,一旦出现内部缺陷,极易发生设备故障。
 
GIS在现场安装后,需进行耐压试验,来验证其运输和安装过程中是否受损以及检查其重新组装的正确性、严谨性。在2011年一次110kVGIS耐压试验过程中,暴露出GIS设备内部安装所存在的问题。
 
01
发现问题
在一个110kV新站安装工程中,完成GIS避雷器安装后,对避雷器与GIS整体进行了绝缘耐压试验。在试验工作进行至#1主变进线B相避雷器交流项目——持续运行电压下的阻性电流及2mA下工频参考电压测试时,当电压加至8kV,ZSBL-2氧化锌避雷器分析仪出现故障,RCD-4避雷器阻性电流测试仪卡死。接着对#1主变进线A、C相避雷器进行测试,试验数据合格。
 
与此同时,在B相试验过程中,一方面采用避雷器计数器观察其在加压过程的全电流变化;另一方面对避雷器进行局放测试。当电压加至11kV时,在避雷器与电缆终端的法兰面处收集信号的PDM2000局放测试仪出现了明显的局部放电信号,且放电信号大大超出仪器量程。同时可听见GIS避雷器罐体靠近法兰面处有轻微的嗡嗡声。
 
在各GIS间隔所有盆式绝缘子附近用利用外置式 UHF 传感器,可以接收到从这些部位泄漏出来的局部放电特高频电磁波信号。在对#1主变进线间隔B相避雷器进行耐压时候,升压至8kV左右,耐压设备电流指针摆动剧烈,甚至出现过流。#1主变进线间隔避雷器盆式绝缘子附近接收到特高频电磁波信号图谱如图1所示:
 
 
图1 B相避雷器耐压局放对应的波形
 
随后对试验不合格的避雷器进行了整体拆卸,发现避雷器气室与电缆仓气室连接处,B相导体和触头螺丝存在放电痕迹,A相导体有螺帽印痕,如图2、图3所示:
 
 
 
图2 B相避雷器解体后检查情况
 
 
 
图3 B相避雷器解体后检查情况
 
02
原因分析
2.1 鉴于避雷器未安装前,GIS设备单独进行耐压试验已通过(8.4kV),而且避雷器安装后A、B、C三相阻性电流测试均合格,基本排除GIS和避雷器本身存在缺陷导致放电的可能性。
 
2.2 避雷器在装配外观上,附在避雷器上的在线监测仪正面观察视线与墙面有60°角差,而厂家资料显示在线监测仪是与墙面平行的,就是说安装的避雷器与设计图所示的避雷器有一个约60°角的偏差。从外观角度上看避雷器安装是错误的。由此可以断定避雷器与GIS的安装角度发生错位。
 
 
图4 安装错位的避雷器比较
 
2.3 避雷器解体后我们对放电的导体和触头进行了详细的检查,并对导体、安已装的触头、待安装触头直径进行了尺寸量取,如表1所示。
 
 
表1 避雷器部件实际测量
 
1)放电的直接原因
 
由此可见,安装在避雷器上的触头不符合标准尺寸,而剩余待安装的触头才是避雷器应安装的触头。触头导体与错误的触头在内径上有10mm左右的差距,若安装上去,导体与触头接触将会出现三种状态:一是导体与触头靠边缘接触,二是导体通过螺帽与触头接触,三是完全不能接触。因此避雷器触头存在错误安装,避雷器触头与PT触头混淆调转安装,这是耐压试验过程中产生放电的直接原因。
 
2)两种触头外观比较
 
我们对两种触头进行了外观上的比较。左上图为避雷器上的旋转式触头,有粉红色绝缘材料的浇注,螺丝安装底座和接触触头分列两边。右上图为装在PT上的直插式触头,安装底座与触头在同一个轴线上。很显然,两种触头有着完全不同结构和功能。
 
 
图5 避雷器触头与PT触头对比
 
3)角度偏差的原因
 
由于避雷器上的是旋转触头,PT触头是直插式触头,两种触头在同一个地方拼装后会有一个60°角的偏差,这与外形上偏60°是吻合的。
 
2.4 耐压试验放电原因分析
 
由于触头装上弹簧后会使两边各有4mm内径的减少,所以50mm的导体与54mm的触头配合接触后,会是紧固并良好接触的;当用50mm的导体与62.8mm的触头配合接触后,即使触头装上弹簧也是相差甚远。这种情况下耐压试验使其带电,导体与触头就会出现前面提到的边缘接触、螺丝接触、完全不接触三种接触状态。
 
在试验过程中,如图6所示。
 
①A相带电导体与触头靠右边边缘接触, 左边螺丝与导体有挤压,螺丝、导体、触头同一电位,不会产生放电;
 
②B相带电导体和触头、螺丝和带电导体都没有互相接触,由于左边的螺丝离带电导体间隙最小,产生电位差放电,其它两颗与导体间隙稍大,但也产生轻微放电;
 
③C相带电导体和触头靠左边边缘接触,但接触不完全,导体带电后,亦存在电位差,有很轻微的放电;
 
④而#2间隔在同样装错的情况下,却没有发生放电试验不合格,因为工艺偏差,#2主变进线间隔避雷器错误触头与导体能实现接触,才能侥幸通过耐压试验。
 
 
图6 避雷器结构示意图
 
2.5 螺帽“印记”产生原因
 
由于错误触头比正确触头底座厚4mm,所以安装上错误触头之后螺丝距导体的间隙比正确间隙是会少4mm,造成螺丝挤压导体的“撞底”事件也是必然的。
 
03
预控措施
1)避雷器触头与PT触头有着绝然不同的区别,厂家人员在设备安装上负有不可推卸的责任。我们应加强施工现场监督管理,应对厂家现场委派技术人员有一定的资历要求,有相当的技能水平,并有着丰富的现场经验。
 
2)GIS避雷器在安装上并没有体现其唯一性。同一个触头在两个不同功能的位置都能安装上去,而且避雷器筒体向左或向右旋转120°亦可以实现装拼,在避雷器安装处只有在上法兰有相应A、B、C标识,下法兰没有保证唯一位置的标识,这一切都有可能导致触头的错误安装。要求制造厂家在设计上作出优化,使设备现场安装时避免同类事件发生。
 
3) 如果触头错误安装,只要螺丝与导体有接触后,就能侥幸通过耐压试验项目。所以耐压试验手段未必能避免装错触头事件的发生。现场的施工方案或者作业表单上应在各个环节细化,严格执行规范,防止错误安装。
 
04
结论
安装设备发生误装的情况在电气安装中是绝对不允许的,误装所造成后果的严重性和毁灭性不堪设想。我们应吸取同类事故的教训,严把设备安装流程和质量的关,让设备运行没有任何缺陷漏洞。

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