变电站220KV GIS隔离开关合闸故障分析

变电站220KV GIS隔离开关合闸故障分析
摘要：针对江苏某变电站220KV GIS隔离开关在倒闸操作中不完全合闸故障引起
的电网事故，分析了故障查找的经过，探讨在倒闸操作中如何防止此类故障，总
结了倒闸操作中GIS隔离开关判断和异常处理方法。

最后对GIS隔离开关的结构
提出了改进建议，提高设备操作的可靠性。

关键词：GIS设备倒闸操作隔离开关
气体绝缘组合电器设备GIS（Gas Insulated Switchgear），主要把母线、断路器、CT、PT、隔离开关、避雷器都组合在一起。

GIS设备自20世纪60年代实用
化以来，已广泛运行于世界各地。

GIS不仅在高压、超高压领域被广泛应用，而
且在特高压领域也被使用。

与常规敞开式变电站相比，GIS的优点在于结构紧凑、占地面积小、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应能力强，维
护工作量很小。

GIS设备的广泛应用，一方面给变电站运维人员倒闸操作带来了
便利，另一方面则对人员技能水平提出了更高的要求。

本文分析了江苏省南通电
网一起GIS设备引起的电网事故，分析了GIS设备倒闸操作的注意点及改进的可
行性，为今后电力建设工程中的GIS安装工作提供借鉴和参考。

1 电网故障情况
1.1 故障前各变电站运行方式
1）220千伏临江变：
临通2H11线经220千伏正母线供 1号主变，临通2H12线经220千伏副母线
供 2号主变，母联2610开关运行。

临圩2H03线正母线热备用,临圩2H04线副母
线热备用。

2）220千伏沙家圩变：
圩东4649线经220千伏正母线供 1号主变，圩沿2H02线经220千伏副母线
供 2号主变，，母联2610开关运行。

圩临2H03线由正母线空充线路，圩临
2H04线由副母线空充线路。

3）220千伏沿江变：
沿秀2H15线、沿丰4H44线、1号主变、3号主变运行于220千伏正母线；
沿方2H28线、沿圩2H02线、2号主变运行于220千伏副母线；旁路母联4620
开关作为母联方式运行。

）220千伏东郊变：
东秀2H13线、东姜2H74线、1号主变运行于220千伏正母线；东圩4649
线、东秀2H14线、2号主变运行于220千伏副母线；母联2610开关运行，旁路2620开关由正母线对旁母线充电运行。

1.2 故障情况简述
2013年8月6日，根据省调系统方式调整要求，220千伏临江变2号主变负
荷改由沙家圩变供电。

220千伏临江变具体操作步骤为：
1）将临通2H12开关由220kV副母线调至正母线；（热倒）
2）将临圩2H03开关由220kV正母线调至副母线；（冷倒）
3）合上临圩2H03开关（合环）；
4）合上临圩2H04开关（合环）；
5）拉开220kV母联2610开关（解环）。

10时38分，运维人员在执行第5项（拉开220kV母联2610开关）后，220
千伏东圩4649线、沿圩2H02线、临圩2H03线、临圩2H04线、220千伏临江变
2号主变三侧开关先后动作跳闸。

1.3 现场设备检查情况
1.3.1 一次设备检查情况：现场运维人员在仔细检查相关设备后发现，一次设备无异常。

复核操作票正确，操作步骤中相关设备机械分合指示、遥信指示、保护装置上相关位置指示变位正常。

1.3.2 二次设备检查情况：各变电站保护均正确动作。

具体动作情况如下（见附图1）
1.3.
2.1 东郊变保护动作情况
1.东圩4649线PSL603G保护在启动后3.027S，零序Ⅳ段过流保护动作三跳，发远跳令跳开沙家圩变圩东4649开关；
2.东圩4649线PRS753A保护在启动后
3.044S，零序Ⅳ段过流保护动作三跳，发远跳令跳开沙家圩变圩东4649开关；
动作电流324.96A（动作定值300A，3S）。

1.3.
2.2 沿江变保护动作情况
1.沿圩2H02线PSL603G保护在启动后3.326S，零序Ⅳ段过流保护动作三跳，发远跳令跳开沙家圩变圩沿2H02开关；
2.沿圩2H02线PRS753A保护在启动后
3.335S，零序Ⅳ段过流保护动作三跳，发远跳令跳开沙家圩变圩沿2H02开关；
动作电流705.36A（动作定值300A，3.3S）。

1.3.
2.3 沙家圩变保护动作情况
1）圩东4649线保护动作情况
1.圩东4649线PSL603G保护在启动后3.051S，收到东郊远跳令，差动远跳动作三跳；
2.圩东4649线PRS753A保护在启动后
3.063S，收到东郊远跳令，差动远跳动作三跳。

2）沿圩2H02线保护动作情况
1.沿圩2H02线PSL603G保护在启动后3.351S，收到沿江远跳令，差动远跳动作三跳；
2.沿圩2H02线PRS753A保护在启动后
3.365S，收到沿江远跳令，差动远跳动作三跳。

3）圩临2H03线保护动作情况
1.圩临2H03线PRS753A保护在启动后3.625S，零序Ⅳ段过流保护动作三跳；
2.圩临2H03线RCS931A保护在启动后
3.617S，零序Ⅲ段过流保护动作三跳；
动作电流662.4A（动作定值240A，3.6S）。

4）圩临2H04线保护动作情况
1.圩临2H04线PRS753A保护在启动后3.625S，零序Ⅳ段过流保护动作三跳；
2.圩临2H04线RCS931A保护在启动后
3.617S，零序Ⅲ段过流保护动作三跳；
动作电流657.6A（动作定值240A，3.6S）。

1.3.
2.4 临江变保护动作情况
1.临圩2H03线、临圩2H04线收到沙家圩变相应保护远跳令，差动远跳动作三跳；
2.2号主变PST1200A、PST1200B保护在启动后5.516S ，高压侧零序过流Ⅱ段保护动作跳三侧开关；
动作电流250A（动作定值240A，5.5S，不带方向）。

1.3.3 检查发现的异常情况：220千伏临江变在故障跳闸后，220千伏副母线B 相仍有电压。

现场运维人员在220千伏副母线压变二次侧测量发现A、C相电压
为0，B相电压为60V。

（图1）
2 电网故障处理
2.1 具体故障点的判断
2.1.1 故障后220千伏临江变运行方式：临通2H11线、临通2H12线经220千伏正母线供1号主变；220千伏副母线失电，2号主变三侧开关分闸，母联2610
开关热备用；临圩2H03线、临圩2H04线副母线热备用；220kV副母线B相有电
压（二次电压60V）。

2.1.2 根据220千伏临江变一、二次设备的检查情况，结合本次操作情况，引
起本次故障的有以下三种可能。

1）母联2610开关B相未能分闸；
2）临圩2H03间隔正母隔离开关（以下简称刀闸）B相未拉开；
3）临通2H12间隔副母刀闸B相未拉开。

2.1.3 现场运维人员向调度申请“将母联2610开关改为冷备用”，在拉开母联2610开关两侧刀闸后发现，220千伏副母线B相仍有电压，排除第一种可能性。

2.1.4 现场运维人员向调度申请“将临圩2H03开关改为冷备用”，在拉开临圩
2H032副母刀闸后，220千伏副母线B相电压降为0，由此可以判断故障原因为
临圩2H03间隔正母刀闸B相未拉开（见图2）。

2.2继电保护动作分析
2.2.1 故障原因为在第二步操作“将临圩2H03开关由220kV正母线调至副母线”时，正母2H031刀闸B相未能拉开，在拉开母联2610开关后，临江变220千伏正、副母线通过2H031刀闸B相连在一起，系统产生较大的零序电流，引起相关保护动作跳闸。

2.2.2 参考图2保护动作示意图，在系统
3.6S跳开临圩2H03线、临圩2H04线两侧开关
之后，临通2H11线、临通2H12线的线路零序电流值降为120A左右，而华能南通电厂侧临
通2H11线、临通2H12线定值为180A、4.1S，所以华能南通电厂侧未动作。

2.3故障处理过程
2.3.1 在查明故障原因后，调度首先对220千伏沿江、东郊、沙家圩变恢复送电。

2.3.2 调度将220千伏临江变220千伏正母线改为冷备用，临圩2H03线改为冷备用；临
通2H11线、2H12线， 1号主变、2号主变均改为220千伏副母线运行；临圩2H04线由220
千伏沙家圩变侧空充线路运行。

2.4 GIS设备现场解体和处理
220千伏临江变临圩2H03间隔配电装置为西门子生产的8DN9型GIS设备，2008年12
月出厂，2010年10月投运，2013年4月临圩2H03线正式带负荷运行。

根据现场检查情况，初步推断B相刀闸GIS内部轴销脱落，操作拐臂与绝缘拉杆的连接断开，导致拐臂虽操作到
位但未能带动绝缘拉杆使刀闸拉开。

由于临圩2H031刀闸B相需要打开气室才能确认其实际
状况，打开气室后发现临圩2H031刀闸B相绝缘拉杆头部断裂，现场将刀闸三相绝缘拉杆进
行更换，同时更换了临圩2H032刀闸三相绝缘拉杆，经过处理临圩2H03线于9月12日恢复
送电。

江苏省电科院专家在通过与厂家提供的多个绝缘拉杆样本进行分析对比后发现，发生故
障的隔离开关绝缘拉杆材质本身无质量问题，应该是在GIS装配过程中发生碰撞和挤压，使
绝缘拉杆受到机械损伤，隔离开关在经过多次分合闸操作后绝缘拉杆发生断裂，导致此次事
故发生。

3 事故引发的思考及建议
倒闸操作中GIS设备中刀闸或地刀有一相不到位的情况，给电网设备带来了很大的风险，
针对目前实际情况，可以从以下三个方面来预防事故发生。

1）GIS设备厂家加强对设备的全过程管理，严把元器件“进口”质量关，严格执行安装操作规程和工序质量检验标准等。

对供电企业来讲，应当选择产品质量好的设备制造厂家和素质好的施工队伍，这是减少GIS设备故障率的关键[1]。

电网运维单位应当加强对GIS设备的监造、出厂验收、现场验收和安装、调试工作。

2）建议在GIS设备刀闸和地刀触头部位加装观察孔，在设备操作后可以检查设备实际位置。

或者对于三相一体操作机构的刀闸和地刀，不是只在操作拐臂处安装辅助接点，而是在三相绝缘拉杆处分别安装三个辅助接点，用于监视刀闸和地刀三相位置。

3）对于目前已经运行的设备，若刀闸和地刀有遥控操作功能的，全部采用遥控操作，防止人身事故的发生。

对于只能在现场汇控柜上操作或者手动操作的设备，需要在操作前做好事故预想，防止在倒闸操作中出现人身安全事故。

4.结论
本文探讨了GIS设备的隔离开关合闸故障的发现和排除过程。

GIS设备对变电站的运行维护的人员技术水平和管理水平提出了更高的要求。

在今后的设备安装和维护中，元器件的质量和运行监测都提出了更高的要求。

相信随着GIS设备的大量应用，对GIS设备的薄弱环节可以得到长足的改善，更好地保障电网的稳定运行。

参考文献
[1]王顺仁.电力安全技术[J].北京：中国电力出版社，2009，12（10）.
作者简介
吴小良（1981－），男，江苏苏州人，工程师，从事变电站运维管理工作。