总体运行情况.ppt

1、国家电网公司2015年开关设备运行情况及近十年GIS故障专题分析中国电力科学研究院杨堃,壹,2015年国家电网公司开关设备运行情况,在运设备概况,一,运行情况统计及分析,二,带电检测和在线监测,三,主要问题,四,（一）高压开关设备总体装用情况截至2015年底，国家电网公司72.5kV1100kV高压开关设备装用量持续增长，其中：断路器106003台，同比增加6572台，增幅6.6%；隔离开关368454组，同比增加24587组，增幅7.2%；组合电器64663间隔，同比增加7696间隔，增幅13.5%。,一、在运设备概况,72.5kV及以上电压等级断路器设备无油化改造持续深入，无油化率已达到9

2、9.5%，同比提高0.2个百分点。,一、在运设备概况,1.断路器72.5kV及以上断路器共106003台，其中瓷柱式断路器101677台，罐式断路器4326台。（1）电压等级126kV断路器装用量最大，62951台，占59.4%。,一、在运设备概况,（2）投运年限分布断路器平均运行年限为8.3年，投运时间10年内的占69.0%，投运时间超过21年的断路器仅占1.3%。,一、在运设备概况,2.组合电器72.5kV及以上组合电器共装用47914断路器间隔，同比增加6470个间隔，增幅为15.6%。（1）电压等级126kV断路器间隔装用数量最多，为30798间隔，占64.3%；550kV电压等级HG

3、IS所占比重较大，达到65.8%。,一、在运设备概况,（2）投运年限分布组合电器平均运行年限为5.6年，投运时间5年内的占52.3%，超过21年的组合电器仅占0.6%。,一、在运设备概况,1.开关设备装用量设备厂家比较集中，72.5kV及以上断路器和组合电器装用数量最多的10家主要制造厂装用比例已达到95.2%和90.8%。,2.开关设备整体运行年限较短，断路器和组合电器平均运行年限仍然仅为8.3年和5.6年，而超过20年以上的“老旧设备”比例仅占1.3%和0.6%。,一、在运设备概况,（二）开关柜装用情况12kV40.5kV开关柜共710285面，同比增加100188面，增幅为16.4%；手

4、车式开关柜488731面，固定式开关柜221554面，两者装用比例约2.2：1。,一、在运设备概况,12kV开关柜装用绝对数量最大，24kV仅在江苏、浙江等地少量装用，绝对数量最小。,手车式开关柜、断路器柜装用比例大，是目前电网的主流型式。常规空气绝缘开关柜仍最多，充气柜、固体绝缘柜等小型化开关柜装用量不断增加。,一、在运设备概况,（三）配网开关装用情况截止2015年底，国网公司配网线路总长3351878km，变压器容量956985MVA，配网开关设备3082295台。,一、在运设备概况,其中，城市配网开关设备2079089台，县城农村配网开关设备1003206台。,城市,县城农村,一、在运设

5、备概况,县城农村配网开关设备中，柱上开关421279台，非柱上开关581927台。,在运设备概况,一,运行情况统计及分析,二,带电检测和在线监测,三,主要问题,四,二、运行情况统计及分析,（一）缺陷情况统计2015年，公司系统72.5kV及以上开关类设备共发生缺陷19939台次，同比减少894台次。其中，危急缺陷1194台次，严重缺陷4374台次，一般缺陷14371台次。1.断路器断路器发生缺陷9039台次，实际消除缺陷8443台次，消除率为93.41%。,二、运行情况统计及分析,（1）电压等级断路器危急和严重缺陷中，126kV和252kV缺陷数量最多，800kV及以上和252kV缺陷率相对较

6、高。,二、运行情况统计及分析,（2）投运时间缺陷设备数量主要集中在投运时间为6-10年和11-15年期间，分别占34.3%和31.4%。,缺陷数量与投运年限大体呈“正态分布”，而缺陷率则随投运时间的增加总体呈上升趋势。,二、运行情况统计及分析,（3）缺陷类型分布断路器危急和严重缺陷主要表现为本体SF6气体泄漏，占43.5%；操动机构无法储能，占20.2%；机构箱渗水或封堵不严，占9.4%；操动机构漏油、漏气，占5.1%；控制回路断线，占5.0%。,二、运行情况统计及分析,2.组合电器组合电器发生缺陷3218间隔次，实际消除缺陷3023间隔次，消除率93.9%。,（1）电压等级126kV危急和严

7、重缺陷数量最多，363kV和252kV缺陷率相对较高。,二、运行情况统计及分析,（2）投运时间投运时间1-5年和6-10年的组合电器发生的危急和严重缺陷最多,分别为444间隔次和386间隔次，分别占39.7%和34.5%。运行时间达到21年及以上的设备缺陷率最高，设备的缺陷率随投运时间的增加明显上升。,二、运行情况统计及分析,（3）缺陷类型分布组合电器危急和严重缺陷主要表现为SF6低压力闭锁，占24.2%；SF6低压力报警，占17.8%；断路器操动机构问题，占10.4%；SF6成分异常、湿度超标，占7.7%等。,二、运行情况统计及分析,（1）电压等级126kV隔离开关危急和严重缺陷数量最多，其

8、次为252kV。,3.隔离开关2015年，公司系统72.5kV及以上隔离开关发生缺陷7682台次，实际消除缺陷6932台次，消除率为90.2%。,二、运行情况统计及分析,（2）投运时间隔离开关缺陷设备投运时间主要集中在6-10年，占45.8%。其次为11-15年和1-5年，分别占21.2%和19.8%。,二、运行情况统计及分析,（3）缺陷类型分布危急和严重缺陷主要表现为导电回路发热缺陷,占34.1%；操动机构二次部件损坏，21.6%；分合闸操作不到位，占19.1%；本体一次部件损坏，16.0%。,二、运行情况统计及分析,4.配网设备,二、运行情况统计及分析,（二）故障跳闸情况统计 2015年，

9、公司系统开关设备共发生故障跳闸92次。其中断路器22次，故障率为0.021次/百台年，组合电器14次，故障率为0.022次/百间隔年，隔离开关3次，故障率不到0.001次/百组年，开关柜53次，故障率为0.007次/百台年。,二、运行情况统计及分析,1.断路器（1）按电压等级分布800kV设备1台次、故障率0.382台次/（百台年），550kV设备5台次、故障率0.119台次/（百台年），252kV设备1台次、故障率0.004台次/（百台年），126kV设备5台次、故障率0.008台次/（百台年）。,二、运行情况统计及分析,（2）按故障跳闸类型 断路器故障中，14台次为机械故障，7台次为内部绝

10、缘击穿，1台次为二次回路故障。,二、运行情况统计及分析,2.组合电器（1）按电压等级分布800kV级以上设备1间隔次，550kV设备5间隔次，363kV设备4间隔次，252kV设备3间隔次，126kV设备1间隔次。,二、运行情况统计及分析,（2）按故障跳闸类型组合电器故障中，12间隔次为内部绝缘击穿故障，1间隔次为机械故障，1间隔次为二次回路故障。,二、运行情况统计及分析,3.隔离开关（1）按电压等级分布126kV设备3组次。（2）按故障跳闸类型2组隔离开关均由于导电回路发热导致故障；1组隔离开关由于操动机构结构卡涩造成。,二、运行情况统计及分析,4.开关柜（1）按电压等级分布40.5kV设备

11、18台次、故障率0.024次/百台年，12kV设备35台次、故障率0.006次/百台年。,二、运行情况统计及分析,（2）按故障跳闸类型开关柜故障中，28台次为内部绝缘击穿故障，19台次为机械故障，9台次为二次回路故障。,在运设备概况,一,运行情况统计及分析,二,带电检测和在线监测,三,主要问题,四,三、带电检测和在线监测,（一）带电检测技术应用情况截止2015年底，公司系统各单位共装备各类开关设备带电检测仪器5953台/套，同比增加1589台/套，增幅36.4%。2015年，通过各类带电检测技术手段共发现GIS、断路器、隔离开关设备各类缺陷10508次，同比增加1627次，平均缺陷检出率1.7

12、7次/台。,三、带电检测和在线监测,从不同带电检测技术装备配置来看，最常使用的红外热像测温仪数量依然较多，红外成像检漏、SF6气体湿度检测仪和激光成像检漏仪的装备数量呈减少趋势，但是SF6气体分解物检测、超声波局放、特高频局放、红外热像增温、暂态地电压等技术在过去一年的装备数量均有不同程度增长。,三、带电检测和在线监测,从不同带电检测技术应用情况看，红外成像检漏技术与红外热像测温技术缺陷检出率最高，分别为2.96和2.28。此外SF6气体分解物对设备故障定位，暂态地电压和超声波局放对查找开关设备潜伏性缺陷方面发挥了较大作用。,三、带电检测和在线监测,（二）在线监测技术应用情况截止2015年底，

13、公司安装断路器在线检测装系统各单位共置836套，其中，机械性能监测431套，传感器数量1037个；SF6气体状态监测367套，传感器数量1798个；局放监测38套，传感器数量224个。,三、带电检测和在线监测,组合电器在线检测装置5519套，其中，机械性能监测252套，传感器数量358个；SF6气体状态监测4199套，传感器数量11111个；局放监测1067套，传感器数量3793个；温度监测1套，传感器数量20个。,三、带电检测和在线监测,（三）配网带电检测及不停电作业2015年，国网公司配网设备开展红外测温237.3万次、超声波局放检测13.3万台次、地电波局放检测6.4万台次，共发现缺陷8

14、.5万项。开展配网不停电作业57.2万次，减少停电时户数约3358万时户，不停电作业化率66.6%；其中带电消缺20.0万次，配合抢修作业3.6万次，配合配电工程作业28.2万次，配合用户工程作业5.4万次。,在运设备概况,一,运行情况统计及分析,二,带电检测和在线监测,三,主要问题,四,四、主要问题,2006至2015年十年间，组合电器设备装用量大幅增加，然而其缺陷、故障却越来越多，免维护特点未能体现，组合电器故障消除给现场运维人员带来了更多麻烦，其故障特点主要表现为：新东北等大型开关企业故障较多，运行不足5年的新投设备故障比例大，异物导致的内部放电故障占比约1/3，高电压等级、特殊地域、特

15、殊运行环境下的组合电器故障率较高，现场安装质量不良造成的故障较多。,（一）组合电器设备免维护优点未能体现，故障多发,四、主要问题,断路器、组合电器设备发生的严重、危急缺陷中，SF6气体泄漏缺陷数量最多，分别占断路器和组合电器设备严重、危急缺陷的43.5%和42.0%；另外，2015年开展的组合电器带电检测竞赛中，SF6气体泄漏缺陷检出次数最多。针对断路器、组合电器本体SF6气体泄漏的多发缺陷，一是应按期开展变电站常规巡视，及早发现和消除设备缺陷隐患；二是进一步丰富和完善设备状态检测手段，开展SF6气体红外和激光检漏等检测技术应用，准确查找泄漏部位并及时处理；三是开展开关设备用绝缘密封件材料特性

16、研究，针对不同环境条件、运行工况提出密封圈（垫）的差异化设计和选型，尤其是高寒低温地区应优先选择更耐低温、不易变形的材质。,（二）SF6气体泄漏仍是断路器、组合电器顽疾,四、主要问题,我国西北地区昼夜温差大，东北地区冬季严寒，南方地区潮湿多雨，沿海地区腐蚀严重等。目前，针对这些特殊运行条件的设备差异化设计不足，以伸缩节为例，近几年因伸缩节原因引发的故障和异常达到35起，约30%为伸缩节设计不合理导致，伸缩节问题主要发生在青海、甘肃等昼夜温差较大的西部地区。,（三）特殊地域、特殊环境下的故障偏高,贰,2006-2015十年GIS故障分析及提升措施,（一）GIS装用量,2006-2015年GIS装

17、用量统计,截至2015年底，国家电网公司系统661000kV GIS在运量将超过60000间隔，年平均增长率13%。,一、总体运行情况,（二）各电压等级故障,不同电压等级故障次数占比,本次统计的近10年GIS故障案例共计183起，750kV及以上高电压等级GIS故障23起，占故障总数的12.6%，500kV GIS故障47起，占故障总数的25.7%，220kVGIS故障103起，占故障总数的56.3%。,一、总体运行情况,（三）故障设备投运时间,按投运时间统计故障次数,按GIS运行时间进行统计，不足5年的GIS占89.0%，其中，投运时间不足1年的占比更是高达50.8%，故障率为3.46%，是

18、平均故障率的3.3倍。设备运行初期故障率偏高。,一、总体运行情况,（四）故障类型统计,按故障原因统计,按类型原因统计，异物导致的放电故障发生次数最多、故障影响最大，占29.0%，盆式绝缘子、绝缘拉杆和支撑绝缘子等绝缘件问题占21.9%，由伸缩节设置不合理、防爆膜破损等原因造成本体破损占14.8%。,一、总体运行情况,（一）新东北,新东北GIS共发生故障65起，故障率2.77%。主要原因是异物导致的放电，占20%；其次为本体开裂、漏气，占15.4%；盆式绝缘子问题占13.8%；绝缘支撑筒放电占10.8%。,通过对故障原因进行追溯，制造和装配阶段问题较多，建议新东北加强设备制造和工艺控制。,二、各

19、厂故障情况,（二）西开,西开电气GIS共发生故障32起，故障率为1.09%。异物导致的放电为最主要原因占34.4%；其他问题（如开关异响、绝缘嵌件开裂等）占21.9%；拉杆、盆子自身缺陷造成炸裂、漏气问题占15.6%。,西开电气故障全部存在于设备制造和安装阶段。建议西开电气加强设备制造、安装工艺控制，设备装配环节的监督和管理。,二、各厂故障情况,（三）平高,平高GIS共发生故障20起，故障率0.83%。异物导致的放电占35%；本体开裂、漏气故障占20%，绝缘支撑筒故障占10%。,平高电气应加强制造和安装环节的质量管控，制定操作规范并加强监督。,二、各厂故障情况,（四）泰开,泰开电气GIS共发生

20、故障17起，故障率为1.01%。异物导致的放电为最主要原因，占41.2%；本体开裂、漏气故障，占17.6%；盆式绝缘子缺陷占17.6%。,二、各厂故障情况,（五）西门子,西门子GIS共发生故障9起，故障率为1.94%。故障主要为异物导致的放电，为6起，占66.7%。其次为传动系统故障和绝缘拉杆故障。,西门子设备故障主要出现在制造和运输过程，应加强相应质量管控。,二、各厂故障情况,（六）阿尔斯通,阿尔斯通电气GIS共发生故障9起，故障率为3.72%。异物导致的放电为最主要原因，占22%；本体开裂、漏气故障，占22%；通流发热故障，占22%；包括断路器及隔离开关触头的设计和制造缺陷在内的其他故障占

21、22%。,阿尔斯通设备故障情况在制造、厂内装配、运输及现场安装过程均有出现，应加强全过程质量管理。,二、各厂故障情况,（七）平高东芝,平高东芝GIS共发生故障7起，故障率为0.82%。故障主要由以下两类：异物导致的放电为最主要原因，占42.9%；绝缘拉杆故障，占28.6%。,阿尔斯通设备故障情况在制造、厂内装配、运输及现场安装过程均有出现，应加强全过程质量管理。,二、各厂故障情况,（八）中发依帕,中发依帕GIS共发生故障6起，故障率为6.98%。主要故障是本体开裂漏气，占33.3%。,中发依帕设备问题主要出现在产品制造环节，应加强在产品制造过程中的质量管控，提出管控措施并加强监督。,二、各厂故

22、障情况,（九）ABB,ABB GIS共发生故障5起，故障率为1.98%。故障主要包括充气阀密封面腐蚀、母线导体裂纹等设备本体缺陷。,二、各厂故障情况,（十）山东日立,山东日立GIS共发生故障4起，故障率为0.68%。故障主要包括绝缘件开裂导致的漏气、合闸不到位以及螺丝松动造成的发热及放电。,二、各厂故障情况,（十一）北开,北开GIS共发生故障3起，故障率为1.32%。故障主要包括支持绝缘子异物导致的闪络、密封面杂物导致的漏气以及波纹管补偿量不足导致支架位移。,二、各厂故障情况,（十二）三菱,三菱GIS共发生故障3起，故障率为1.56%。故障主要包括异物导致放电、内置式CT内部断线等。,二、各厂

23、故障情况,（十三）韩国晓星,韩国晓星GIS共发生故障2起，故障率为2.5%。故障主要出现在防爆膜因装配质量不良导致其机械工况不佳，容易在低压状态下破裂。,现代重工GIS共发生故障1起，故障率为0.52%。故障主要出现在绝缘件放电。,（十四）现代重工,二、各厂故障情况,三、故障原因分析,（一）异物引发的故障,异物引发的放电故障53起，占全部故障29%。发生故障时设备的运行时间分布看，异物引发的放电故障多发在设备交接过程中和设备刚刚投运阶段。,气室粉末,静触头绝缘子上表面,静触头屏蔽罩,三、故障原因分析,（二）本体破损问题,本体破损引发的漏气、开裂问题共27起，占全部故障14.8%。,CT二次接线

24、盒盖板检漏图片,CT二次接线盒盖板开裂位置,三、故障原因分析,（三）盆式绝缘子问题,盆式绝缘子问题共20起，占全部故障10.9%。,三、故障原因分析,盆式绝缘子存在贯穿性烧蚀,（四）绝缘拉杆问题,绝缘拉杆问题共10起，占全部故障5.5%。,三、故障原因分析,闪络击穿的隔离开关绝缘拉杆,（五）支持绝缘子问题,支持绝缘子问题共10起，占全部故障5.5%。,三、故障原因分析,故障支持绝缘子,（六）通流发热引起的故障,通流发热问题共13间隔次，占全部故障7.1%。,三、故障原因分析,导电杆活动连接侧烧损情况,故障相部位,（七）操动机构故障,操动机构问题共11起，占全部故障6.0%。,三、故障原因分析,

25、合闸弹簧压缩量调节位置示意图,弹簧,进一步加强带电检测应用技术研究，提高设备状态监测能力加强线监测装置运行管理，提高现场应用效果。,开展核心技术攻关，提高核心部件工艺水平加强装配工艺管控，提高设备整体质量强化入厂检验，保证外购外协件质量配置专用工装，提高装配质量,四、提升措施总体考虑,（一）设计选型环节,针对不同区域、不同单位电网特点和技术需求，应开展开关设备差异化设计选型，解决应特殊地域、特殊环境下实际运行中出现了一定的一系列问题，例如，西北电网昼夜温差较大地区，户外GIS筒体材料热胀冷缩导致盆子和支架焊接部位拉裂漏气；东北等低温地区SF6混合气体缺乏检测手段和补气方法导致液化；南方潮湿多雨

26、汇控柜机构箱凝露问题突出。,制造厂应完善产品结构设计，避免盲目追求“小型化”造成GIS罐体内部绝缘裕度设计较小，虽然理论计算场强虽满足要求，但绝缘裕度相对不足，一旦存在金属异物就极易造成放电。针对金属异物应从设计上采取有效措施，例如在开关动作容易产生金属碎屑的部分设置微粒捕捉器，盆式绝缘子设置尽量不采用水平布置方式等。,四、提升措施总体考虑,（一）设计选型环节,制造厂应深入开展设备设计和制造工艺的改进，针对运行中出现的问题，深入分析问题原因和开展技术升级，加强技术创新，提升设备设计和制造质量，从根源杜绝设备带病入网。避免仅对运行中出问题的设备进行修复或更换，忽视产品质量的提升。,四、提升措施总

27、体考虑,（二）制造装配环节,核心组部件质量是保证设备整体可靠性的关键。制造厂应深入开展核心关键工艺的消化吸收和理解掌握，提高核心部件工艺稳定性。如国产盆式绝缘子存在内部应力释放不均匀、金属嵌件与环氧树脂结合部位处理工艺不合理、水压破坏压力值分散性较大等问题，造成盆式绝缘子制造质量分散性较大。,制造厂应严格执行质量工艺文件，加强厂内装配工艺质量管控。杜绝装配工艺控制不到位、检查清扫不彻底等问题导致设备自身存在缺陷或隐患。如螺栓紧固不到位及漏装造成触头或导体对中不好、厂内装配后检查清扫不彻底造成安装孔或屏蔽罩内的金属屑未残留、未严格按照工艺文件钝化处理造成导体或壳体内壁涂层涂覆不达标、绝缘拉杆导向

28、环润滑脂涂抹过量等问题。,四、提升措施总体考虑,（二）制造装配环节,制造厂应加强外购原材料和组部件的质量管控，特别是不能忽视进口件的入厂检验。对于外购件应制定严格的入厂检验标准，明确试验检测程序和抽样检验的要求，针对试验要求配置足够的试验工装，保证盆式绝缘子、绝缘拉杆、支持绝缘子等绝缘件按照标准要求开展单件耐压和局放试验等，防止缺少必要的电气、机械性能检验导致带缺陷隐患组部件装入设备。,针对特殊部位的装配应设计专用工装，保证安装质量，防止部件磕碰。如盆式绝缘子、绝缘拉杆的装配工装防止绝缘拉杆安装过程中磕碰，断路器、隔离开关触头的专用工装保证触头对中等。,四、提升措施总体考虑,（三）现场安装环节

29、,加强现场安装的工艺管控，安装过程严格按工艺流程和相关文件执行。加强安装人员培训和管理，提高安装队伍专业化程度。加强设备安装过程的监督和管理，防止因操作不当或检查不到位造成部件损坏、内部清理不到位等安装质量问题。,GIS现场安装与土建施工同时进行，现场安装应采取有效防尘、防潮措施，安装工作面必须采用防尘棚，禁止露天对接安装。对于特别重要的变电站，可采用移动厂房等技术手段保证安装环境的洁净度和湿度要求。,四、提升措施总体考虑,（三）现场安装环节,施工建设单位应与制造厂应加强沟通，合理制定安装计划。设备安装期间人员配置应充足，在工期调整时仍需考虑合理的安装时间，完善工艺控制和质量管理措施，防止因工

30、期紧张造成设备生产和安装质量不良。,四、提升措施总体考虑,（四）运行维护环节,近几年，GIS带电检测技术快速发展，特高频局放、超声局放、SF6分解物检测等相对成熟的带电检测工作成效显著。为持续有效开展带电检测工作，仪器配置上各单位应充分考虑状态评价工作的需求，进一步加强GIS带电检测应用技术的研究，提高状态分析和诊断能力，特别是对潜伏性故障的发现和预判。此外，GIS运动部件较多，结构相对复杂，既有“电气”，又有“机械”，一些带电检测结果的判断依赖检测人员经验，需不断加强带电检测技术人才的培养和队伍的建设。,公司在线监测装置投入持续增加，但是检测缺陷成功案例却较少，而误报警事件频繁发生。各单位应

31、加强在线监测数据的积累和分析，运行人员对在线监测装置和在线监测数据的判断等方面加强学习和研究，研究单位对在线监测装置报警阈值的设定和应用特性上还需要进一步深入研究。,四、提升措施总体考虑,（一）防止选型不当（2条）（二）防止异物导致放电（20条）（三）防止盆式绝缘子故障（6条）（四）防止绝缘拉杆故障（6条）（五）防止支撑绝缘子故障（3条）（六）防止操动机构异常（4条）（七）防止传动系统失效（6条）,五、100项提升措施建议,（八）防止本体破损（6条）（九）防止伸缩节失效导致GIS受损（8条）（十）防止接触不良导致异常发热（10条）（十一）防止二次设备故障导致拒动误动（5条）（十二）减少GIS停电时间的措施（3条）（十三）其他提升运行可靠性的措施（13条）（十四）提升运维检修方便性的措施（8条）,五、100项提升措施建议,87,谢 谢,