一起GIS設備誤操作事故的安全風險分析及管控措施
GIS設備一般采用封閉式設計和安裝,其內部設備狀態無法直接觀察,在檢修、維護時,如果作業人員安全防范意識不到位,可能進行誤操作,輕者造成設備損壞、人員受傷,重者造成電網主設備燒毀電網大面積停電,帶來巨大損失。
本文通過對一起GIS設備電氣誤操作事故的分析,總結了在GIS設備檢修時的安全風險點,并提出相應的控制措施。對于我們從事件中汲取教訓、制定防范對策,減少和杜絕類似事故的發生,對確保電網安全生產具有重要意義。
一、事故情況簡述 臺電公司興達發電廠345kV(北)開關場,為配合興達發二號機組大修,于3月初進行3540、3550斷路器維修保養工作。現場一次設備為雙母3/2接線,故障設備接線圖如圖1所示。 3月2日,電廠維修單位發現3540斷路器SF6氣體含水量過高,將該斷路器所屬氣室SF6絕緣氣體進行回收,以便過濾及熱處理以去除其中水分。3月3日,操作人員進行3541隔離開關操作時,專責監護人向操作人員表示3540氣室內無氣體,但操作人員與工作許可人均未意識到可能風險,執行3541隔離開關合閘操作,造成氣室內導體對外殼閃絡。同時,由于保護裝置判斷錯誤,造成母線停電,進而導致多臺發電機組跳開,系統頻率波動,最終損失負荷1050萬千瓦,占全臺負荷總量的1/3,全臺約552.9萬用戶受到影響。 圖1 現場一次接線圖 圖2 事故現場照片 二、設備故障分析 2.1故障發展過程分析 結合現場事故分析報告,由于3540斷路器氣室的SF6氣體被回收,設備氣室處于真空狀態,絕緣性能下降,3541刀閘在其合閘過程中發生合閘預擊穿,此時,3540斷路器氣室已帶電,合閘預擊穿足以將其絕緣擊穿,發生接地短路,其短路電流可達到十幾甚至幾十kA,而此時3541刀閘還未合閘到位,其回路電流增大、通流能力減弱,產生高溫將導體燒熔,金屬蒸汽揮發后,3541氣室絕緣被擊穿,發生閃絡。3541隔刀氣室擊穿后,短路電流由3540氣室閃絡路徑改至3541氣室閃絡路徑流入外殼。GIS殼體通常為8mm左右的鋁合金材質,只能承受0.3秒左右短路電流,而本次故障母線保護未動作,其短路電流可能持續數秒,進而導致殼體嚴重燒損。現場如圖2所示。 2.2 故障氣室絕緣性能分析 本次故障中,3540斷路器氣室在抽真空后的閃絡擊穿是故障發生的源頭。GIS氣室內通常可視為均勻電場環境,在低氣壓下,其擊穿電壓符合巴申曲線,如圖3所示。SF6氣體與空氣的巴申曲線趨勢相似,擊穿電壓更高,如圖4所示。由上述圖示可知,氣體在巴申曲線中的最低擊穿電壓通常出現在100Pa附近,而GIS氣室抽真空后的壓力通常為133Pa,即使是SF6氣體,在該環境下的絕緣性能也遠小于標準大氣壓下的空氣。按345kVGIS導體相對地凈距離28cm估算,可得其擊穿電壓僅約為5kV,遠小于其運行電壓199.2kV。因此,當斷路器一端帶電后,該氣室絕緣很快即被擊穿,發生閃絡。 圖3 空氣中的經典完整巴申曲線 圖4 SF6氣體與空氣的巴申曲線的比較 三、事故原因及安全風險分析 事故發生直接原因是檢修人員對作業風險管控不到位,進行了誤操作導致事故發生。對此事故現場作業風險分析如下: (1)現場防誤操作安全措施不到位,現場設備操作僅使用“禁止操作作業卡”等提示性措施進行管控,存在極高的誤操作風險。 圖5 現場操作界面 圖6 開關設備掛銷卡情況 (2)現場未嚴格落實高作業風險現場作業的相關規定,危險點辨識不清,在氣室抽真空情況下,對帶電設備進行操作,使檢修設備帶電,存在設備絕緣擊穿的風險。 (3)作業范圍劃分不明,3541隔離開關機構進行更換零部件工作后,現場作業人員應待3540斷路器完成充氣后,方可對隔離開關進行操作,兩個作業面交叉作業混亂,直接導致了本事故的發生。 圖7 事故發生前設備掛銷卡情況 (4)進行現場一次設備操作前,到現場確認設備狀態時,未對相鄰檢修設備狀態進行復查,未核實現場風險。 圖8 檢修、試驗工作聯絡書(工作票) 如圖8所示,檢修人員在對是否需要做設備試運轉和設備異常檢修、試驗等,是否可能有跳機風險選項時均選填“否”,運維人員未對設備異常檢修、試驗等,是否可能有跳機風險選項進行填寫,且相關人員未確認簽名。 (5)2016年更新的興達電廠開關廠母線繼電保護裝置設定啟動閉鎖保護時間(5s)與舊的電機驅動隔離開關動作時間(7s)兩者之間有時序差別,導致保護裝置自動閉鎖,而關閉保護功能,未及時切除故障,造成事故后果擴大。 四、管控措施 此次事故雖然未發生在國網公司系統內,但事故中作業人員對安全風險的忽視、事故導致的后果都具有極大的警示作用。對于檢修作業中的安全風險管控,我們應該做到以下措施: 一是要嚴格杜絕違章操作、無票作業,將防誤操作各項措施落到實處。 二是要嚴格落實現場作業的安全措施,認真辨識作業現場存在的危險點,各級管理人員要落實到崗到位制度,確保作業現場有“明白人”; 三是要嚴格落實現場交接班制度,持續進行多日的現場,運維人員應對每天的工作做到心中有數,檢修人員人員變動時,應對現場安全措施、工作任務交接清楚。 四是要完善GIS設備SF6氣體壓力閉鎖功能。現在GIS/HGIS設備斷路器室低氣壓閉鎖僅能實現對斷路器的分合閘操作進行閉鎖,應完善功能,實現在斷路器室氣壓降至無法滿足絕緣要求時,對隔離開關的分合進行閉鎖。 五是嚴格落實現場作業人員的安全培訓,加強多種傳播途徑的安全文化宣傳,做到事前想安全、事后思安全、日常論安全,營造“我要安全”的安全文化氛圍。