紫蘭壩電站SF6全封閉組合電器母線回路故障的查找及處理

楊 光 霞

(華電四川寶珠寺水力發(fā)電廠，四川 廣元　628003)

紫蘭壩電站SF6全封閉組合電器母線回路故障的查找及處理

楊 光 霞

(華電四川寶珠寺水力發(fā)電廠，四川 廣元628003)

摘要：隨著目前GIS在電站的廣泛應(yīng)用,通過本次對(duì)紫蘭壩電站GIS的故障查找、分析以及處理過程，對(duì)我們今后的GIS絕緣監(jiān)測工作提出一個(gè)新的思考。預(yù)試工作應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持科學(xué)的態(tài)度，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果必須全面地，歷史地綜合分析，掌握設(shè)備性能變化的規(guī)律和趨勢，并以此來正確判斷設(shè)備絕緣狀況，為檢修提供依據(jù)，使設(shè)備處于良好運(yùn)行狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：紫蘭壩水電站；故障點(diǎn)；查找過程；原因；處理；建議

1概述

紫蘭壩水電站位于四川省廣元市境內(nèi)，是白龍江干流梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃中的最后一個(gè)梯級(jí)水電站。本電站上游距已發(fā)電的寶珠寺電站14 km，下游距寶成鐵路昭化火車站4 km。電站安裝3臺(tái)34 MW燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量102 MW。電站發(fā)電機(jī)出口電壓為10.5 kV，發(fā)電機(jī)與變壓器組合采用發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線方式，發(fā)電機(jī)出口設(shè)有出口真空斷路器。主變壓器高壓側(cè)為110 kV，單母線分段接線，開關(guān)站采用西安西開高壓電氣股份有限公司生產(chǎn)的六氟化硫全封閉組合電器(GIS)。

GIS與傳統(tǒng)的敞開式開關(guān)設(shè)備比較,具有占地面積與空間體積小、運(yùn)行安全可靠、維護(hù)方便、設(shè)備檢修間隔周期長、安裝方便等特點(diǎn)。目前被許多大型電站采用。

但是GIS也面臨潛在缺點(diǎn),一旦出現(xiàn)事故,危害后果比分離式敞開設(shè)備嚴(yán)重得多,修復(fù)周期也長,故障維修甚為復(fù)雜。本文以紫蘭壩電站機(jī)組二號(hào)發(fā)電機(jī)2F檢修預(yù)試時(shí)發(fā)現(xiàn)GIS母線回路故障來探討GIS絕緣監(jiān)督問題。

2發(fā)現(xiàn)故障后的高壓試驗(yàn)

2F機(jī)組于2006年12月投入運(yùn)行，其主變2B從投運(yùn)至檢修前未出現(xiàn)過載運(yùn)行及受到短路沖擊，一直處于額定工況下運(yùn)行。

2007年12月，紫蘭壩電站2F機(jī)組進(jìn)行第一次檢查性大修，如圖1所示2F電氣一次主接線圖。從主變2B高壓側(cè)油氣套管開始采用GIS。

圖1　2F機(jī)組電氣一次主接線圖

由于運(yùn)行時(shí)間僅一年，GIS屬于免維護(hù)期,本次大修預(yù)試項(xiàng)目并未有GIS試驗(yàn)項(xiàng)目。在對(duì)二號(hào)主變壓器2B進(jìn)行高壓側(cè)直流電阻測試時(shí)，因?yàn)镚IS全封閉的特殊性,需通過在主變GIS出口接地地刀閘G10230處進(jìn)行測試。合上2B出口斷路器DL201，打開接地刀閘G10230的三相接地連接片，從接地刀閘刀的A、B、C三相引出線至主變中性點(diǎn)套管處分別測試高壓側(cè)三相直流電阻。其阻值包含高壓側(cè)繞組相間直阻，從油氣套管至接地刀閘G10230之間的GIS導(dǎo)電回路電阻。

測試使用金迪生產(chǎn)的JD2540直流電阻測試儀，采用40A直流電流進(jìn)行測試。具體測量出的繞組數(shù)據(jù)如下表：

表1　2B高壓側(cè)繞組直流電阻　/mΩ

3故障點(diǎn)查找過程

測量主變高壓繞組直流電阻時(shí),包含高壓側(cè)油氣套管至GIS主變出口接地刀閘G10230之間的母線導(dǎo)電回路電阻,以及SF6斷路器DL102。但是母線和斷路器的直流電阻應(yīng)很小，據(jù)廠家出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)該段GIS的回路電阻不超過1.3 mΩ,不應(yīng)對(duì)主變高壓側(cè)直流電阻造成增大很多的影響。

為排除主變壓器繞組的問題,決定將主變高壓側(cè)套管SF6氣體排出回收。 打開油氣套管手孔，由試驗(yàn)人員直接對(duì)連接導(dǎo)體及2B高壓繞組做直流電阻測試(油氣套管內(nèi)試驗(yàn)測量位置如圖2)。

在高壓套管母線連接處直接測量高壓繞組直流電阻，排除GIS對(duì)繞組直流電阻的影響。兩次測量結(jié)果如下表：

通過以上測量數(shù)據(jù)，得出繞組相間三相之間最大差別為0.18%，繞組線間三相最大差別為0.035%。直阻符合預(yù)試規(guī)程的要求，證明主變繞組無問題。因此，可以判斷是主變油氣套管至GIS接地刀閘G10230這段的原因造成所測繞組直流電阻增大。為進(jìn)一步查找出故障點(diǎn)，需對(duì)2B高壓側(cè)GIS母線回路進(jìn)行測試。

通過調(diào)整2B高壓側(cè)GIS水平段母線支撐后

圖2　高壓油氣套管直流電阻測量位置圖

/mΩ

(為排除GIS母線室因地基沉降而造成GIS內(nèi)導(dǎo)體接觸不良的可能)。接著，我們又對(duì)主變油氣套管至G10230隔離刀閘之間的GIS回路電阻進(jìn)行回路電阻測試。由于GIS回路電阻測量要求在使用不小于100 A的直流電流條件下進(jìn)行，直流電阻測試儀已經(jīng)不能滿足GIS回路電阻測試的要求，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備采用直流電焊機(jī)輸出直流大電流的方式來測量回路電阻，找出GIS內(nèi)部的故障點(diǎn)。測量原理接線圖如下圖：

從圖4可看出,萃取相比對(duì)銣、鉀的萃取率有顯著的影響，隨著萃取相比的增大，銣、鉀的萃取率都是逐漸增加。當(dāng)萃取相比VO/VA>3時(shí)，銣的萃取率增加趨緩；而此時(shí)，鉀的萃取率有較大的增長趨勢。當(dāng)萃取相比VO/VA>4時(shí)，鉀的萃取率增加趨勢變得平緩。銣鉀分離系數(shù)隨著萃取相比的增加逐漸減小，當(dāng)萃取相比VO/VA>3時(shí)，銣鉀分離系數(shù)降低明顯。當(dāng)萃取相比VO/VA=3時(shí)，有機(jī)相有較高的萃銣能力，且鉀的萃取率較低，銣鉀分離系數(shù)較大。因此，選擇萃取相比為VO/VA=3。

圖3　GIS直流電阻測量原理接線圖

圖中V為高內(nèi)阻電壓表 mv為毫伏表，分流計(jì)為變比300 A/75 mv

式中U為電壓表讀數(shù)(V)；I為分流記mv表讀數(shù)×變比(A)

廠家要求2B主變油氣套管到該間隔隔離開關(guān)地刀(不含地刀)回路電阻理論值≦1.3 mΩ，現(xiàn)場實(shí)測值不應(yīng)大于理論值的120%。

測試主變油氣套管至接地刀閘G10230處回路電阻如下表：

表3　GIS回路電阻　/mΩ

由測量數(shù)據(jù)分析2B高壓側(cè)整體GIS母線回路直流電阻數(shù)據(jù)三相嚴(yán)重超標(biāo)。為快捷而準(zhǔn)確地找到故障點(diǎn)。采取分段試驗(yàn)排除，但G1022至2B高壓側(cè)GIS母線回路共7個(gè)氣室，除G1021(G10230和G1021同在一個(gè)氣室)與DL102為獨(dú)立氣室外，其余各氣室均由外部金屬軟管連通，長約25 m的GIS母線回路，中間導(dǎo)體的連接部件很多。在與GIS設(shè)備廠家技術(shù)人員商議后，決定對(duì)這7個(gè)氣室內(nèi)的導(dǎo)電回路分4段進(jìn)行直流電阻測試。之后，工作人員逐段對(duì)這4段氣室SF6氣體進(jìn)行了回收，并對(duì)導(dǎo)電回路進(jìn)行直流電阻測試，分段試驗(yàn)情況如下圖所示：

圖4　分段試驗(yàn)情況圖

各段測試結(jié)果如下：

表4　GIS各段回路電阻　/mΩ

由表4數(shù)據(jù)可得知，排除1、2、3段，而第4段三相數(shù)據(jù)相差較大，故初步判斷故障點(diǎn)在第4段中，即主變出口至氣室豎直段之間。隨后，工作人員打開此段氣室手孔，探頭進(jìn)入目測檢查，發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)為氣室間盆式絕緣子上梅花觸頭與管型鋁母線的連接處，三相均有不同程度的碳化發(fā)黑現(xiàn)象(如圖5、圖6),A、B相尤為嚴(yán)重。

4故障原因

(1)GIS母線室地基沉降，可能造成GIS氣室位移，內(nèi)部導(dǎo)體接觸松動(dòng)，導(dǎo)致長期運(yùn)行發(fā)熱。通過水工觀測2B高壓側(cè)GIS水平段母線平衡度，發(fā)現(xiàn)水平段母線安裝高程的最高處與最低處相差超過約2 cm，在對(duì)2B高壓側(cè)GIS水平段母線支撐進(jìn)行了調(diào)整后測試回路電阻，數(shù)據(jù)并無明顯變化(見表3數(shù)據(jù))，排除了主要因地基沉降造成了GIS過流部件接觸不良的可能。

圖5　碳化發(fā)黑的管型鋁母線

(2)GIS設(shè)備生產(chǎn)及安裝質(zhì)量存在隱患。故障點(diǎn)處的過流部件加工精度不夠，及梅花觸指壓力偏小，安裝中各導(dǎo)電接觸面未按規(guī)定進(jìn)行清潔(GIS設(shè)備安裝過程中對(duì)環(huán)境清潔度、濕度等要求極高。在后來的分析會(huì)中，GIS廠家人員也承認(rèn)安裝過程中存在監(jiān)督、指導(dǎo)不力的因素)，導(dǎo)致接

圖6　碳化發(fā)黑的梅花觸頭

觸不良，長期運(yùn)行發(fā)熱所致。

(3)通過觀察、測量發(fā)現(xiàn)與故障段氣室相連的波紋管軟連接的拉伸尺寸有偏差。原規(guī)定30 cm的拉伸尺寸(廠家規(guī)定值)，現(xiàn)尺寸為31.8 cm，超過規(guī)定1.8 cm。通過分析可認(rèn)為，由于二號(hào)主變2B安裝基礎(chǔ)或GIS設(shè)計(jì)的差錯(cuò)，產(chǎn)生了安裝時(shí)GIS母線與2B高壓側(cè)對(duì)接位置上尺寸的偏差，導(dǎo)致過流部件梅花觸頭與管型鋁母線接觸不到位，造成觸頭與管母的接觸面積小于規(guī)定值要求。隨著設(shè)備投運(yùn)時(shí)間的延長，及導(dǎo)體間的電動(dòng)力的作用，觸頭與管母接觸面積不足及接觸松動(dòng)導(dǎo)致部件發(fā)熱氧化。接觸面的氧化致使接觸電阻的進(jìn)一步增大，發(fā)熱就更加嚴(yán)重，形成一種惡性循環(huán)，隱患就逐步升級(jí)，最終造成梅花觸頭與管型鋁母線的連接處嚴(yán)重碳化發(fā)黑。

5故障處理

5.1拆卸氣室，更換部件

為防止所處理故障氣室的盆式絕緣子受相鄰氣室壓力過大而損壞。工作人員先對(duì)故障氣室兩端相鄰氣室的SF6氣體進(jìn)行回收至0.2 MPa，再回收盡故障氣室SF6氣體。打開故障氣室拆除安裝有故障梅花觸頭的盆式絕緣子及管型鋁母線，清掃故障氣室及盆式絕緣子，更換新的梅花觸頭及加長的管型鋁母線。

5.2直流電阻測試

對(duì)更換部件后的2B高壓側(cè)GIS母線回路(高壓油氣套管至DL102出口接地刀閘G102130)整體做直流電阻測試，三相數(shù)據(jù)平衡、大小合格，滿足廠家≤1.3 mΩ的要求,具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

表5　2B高壓側(cè)至G10230回路電阻/mΩ

加上2B高壓繞組直流電阻值后的數(shù)據(jù)如下：

表6　G10230處測得2B高壓側(cè)直路電阻/mΩ

高壓繞組直流電阻三相平衡，符合電氣預(yù)試規(guī)程的要求。

5.3處理完后的交流耐壓試驗(yàn)

在GIS母線回路整體充氣靜置24 h后，回收盡油氣套管內(nèi)SF6氣體。斷開油氣套管內(nèi)2B高壓繞組與GIS母線的導(dǎo)體連接，退出線路間隔和相鄰母線TV及2B間隔相關(guān)的所有保護(hù)和控制回路，由GIS出線空氣套管處加壓，對(duì)此段檢修過的GIS母線做耐壓試驗(yàn)。根據(jù)事先制定的試驗(yàn)方案，先進(jìn)行老煉凈化：65 kV歷時(shí)5 min，110 kV歷時(shí)3 min，最后加壓184 kV(該GIS出廠試驗(yàn)電壓為230 kV,耐壓值為出廠值的80%),歷時(shí)1 min,耐壓合格。恢復(fù)油氣套管內(nèi)導(dǎo)體連接，封閉氣室抽真空，檢漏后對(duì)油氣套管充SF6氣體至0.4 MPa。利用SF6氣體檢漏探測儀進(jìn)行檢測無滲漏，處理完畢，投運(yùn)后正常運(yùn)行至今。

由于GIS是全封閉組合電器，雖然我們按照一次接線圖斷開有關(guān)隔離刀閘以及斷路器，但沒有明確可見斷開點(diǎn)。為防止感應(yīng)電傷人，保證檢修測量人員和設(shè)備的安全，必須將主變所在的母線包括母線所帶出線全部停電，方能進(jìn)行檢修試驗(yàn)工作。

6GIS的預(yù)試建議

由于GIS是全封閉,免維護(hù),如何在停機(jī)檢修及時(shí)發(fā)現(xiàn)GIS存在的缺陷,保證設(shè)備安全運(yùn)行。雖然廠家均承諾基本免維護(hù)。但基于安裝不規(guī)范及交接驗(yàn)收不嚴(yán)格等原因，對(duì)于新投產(chǎn)的GIS設(shè)備在其首次大修時(shí)對(duì)其進(jìn)行全面的檢修、預(yù)試非常必要。

由于目前預(yù)試規(guī)程對(duì)GIS的標(biāo)準(zhǔn)要求不詳細(xì)，為保證GIS設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，和廠家商討后制定出監(jiān)測方法。其中，對(duì)容易出問題的觸指接觸電阻，以及隔離開關(guān)等的回路電阻值制定出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)范圍和檢測手段。廠家規(guī)定110 kV的GIS設(shè)備各回路電阻理論計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)如下：

建議1-3年對(duì)GIS一次回路電阻進(jìn)行檢測。

表7　GIS設(shè)備回路電阻理論計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)

母線電阻測量位置如下：

圖7　GIS母線測量位置圖

平時(shí)還應(yīng)運(yùn)用SF6氣體檢漏儀、SF6水分測試，監(jiān)視各氣室壓力，以及紅外成像拍攝比較分析同一部位不同時(shí)期的熱圖溫度來粗略判斷各部位發(fā)熱的狀況等手段對(duì)GIS進(jìn)行周期性的檢測，及時(shí)掌握GIS設(shè)備的運(yùn)行狀況。

7結(jié)語

隨著目前GIS在電站的廣泛應(yīng)用,通過本次對(duì)紫蘭壩電站GIS的故障查找、分析以及處理過程，對(duì)我們今后的GIS絕緣監(jiān)測工作提出一個(gè)新的思考。預(yù)試工作應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持科學(xué)的態(tài)度，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果必須全面地，歷史地綜合分析，掌握設(shè)備性能變化的規(guī)律和趨勢，并以此來正確判斷設(shè)備絕緣狀況，為檢修提供依據(jù)，使設(shè)備處于良好運(yùn)行狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《DL/T 596—1996 電氣預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》

[2]陳華剛《電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法》 北京:水利電力出版社,1994

[3]西安西開高壓電氣股份有限公司《GIS產(chǎn)品出廠試驗(yàn)主回路電阻測量標(biāo)準(zhǔn)方案》

收稿日期:2016-03-29

中圖分類號(hào):[TM622]；U224.2+7；U472.42

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1001-2184(2016)03-0112-05

作者簡介:

楊光霞(1975-)，女，四川都江堰人，畢業(yè)于成都電力職工大學(xué)發(fā)電廠及變電站專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)于華電四川寶珠寺水力發(fā)電廠從事電氣高壓試驗(yàn)工作.

(責(zé)任編輯：卓政昌)