GIS母線故障處理與分析

張岳勇，姜衛(wèi)海

（國網(wǎng)新源水電有限公司新安江水力發(fā)電廠，浙江省建德市 311608）

GIS母線故障處理與分析

張岳勇，姜衛(wèi)海

（國網(wǎng)新源水電有限公司新安江水力發(fā)電廠，浙江省建德市 311608）

本文介紹了某水力發(fā)電廠的一起GIS母線故障，敘述了故障發(fā)生過程，分析故障原因，并詳細介紹故障分析處理過程。

組合電器;六氟化硫；故障；絕緣子；交流耐壓試驗

1 概述

某水力發(fā)電廠共有9臺機組，3機1變擴大單元接線，高壓220kV系統(tǒng)電氣主接線采用雙母線帶旁路運行方式。電站出線共6回，其中3回出線采用GIS。

某水力發(fā)電廠GIS額定電壓等級為252kV，主母線采用三相共箱，斷路器和分支母線采用三相分箱結(jié)構(gòu)。主接線方式為雙母線接線，共有出線間隔3組、進線間隔2組（無斷路器，僅用于將GIS母線與敞開式母線連接），線路側(cè)接地開關(guān)采用快速接地開關(guān)，斷路器操動機構(gòu)為ABB進口液壓彈簧機構(gòu)，隔離開關(guān)、接地開關(guān)（包括快速接地開關(guān)）采用電動操作機構(gòu)，GIS系統(tǒng)主接線見圖1。

2 故障經(jīng)過

2.1 故障前運行方式

2013年12月9日，220kV雙母線并列運行， 1、2號主變壓器、新杭2231、新排2233、新德2387線接正母運行；3號主變壓器、新杭2230、新杭2234、新建2386、220kV旁路接副母運行。1、2、4、5、7、9號機運行，3、8號機熱備用，6號機大修；廠、配變直流正常分段。

全廠總有功530MW，無功 10MVar。1、2、4、5、7、9F機有功89MW。

圖1 某水力發(fā)電廠GIS系統(tǒng)主接線圖（虛線內(nèi)為GIS）

220kV正母電壓：232.6kV；副母電壓：232.4kV；頻率：50.01Hz；天氣：陰。

全廠除6號機A級大修外，沒有檢修工作，保護均正常運行。

2.2 保護動作情況

10：50，220母線保護動作。1、2號主變壓器、新杭2231、新排2233、新德2387線開關(guān)跳閘，220母聯(lián)開關(guān)跳閘。

B相故障電流：1號主變壓器：2202.0A；2號主變壓器：813.0A；3號主變壓器：1592.4A；2230線：1408.8A；2231線：263.4A；2233線：1836.0A；2234線：1848.6A；2386線：4.2A；2387線：4.2A。

總電流約為9970A。

母差動作時間：8.3ms，故障切除時間：50ms。

各線路保護裝置啟動正常，高頻保護發(fā)訊正常，裝置閉鎖正常。

主變壓器保護裝置啟動正常。

3 故障原因分析、查找

3.1 外觀檢查

根據(jù)母差保護動作情況，立即組織人員對電氣一、二次設(shè)備進行全面排查，經(jīng)仔細檢查，敞開式一次設(shè)備沒有發(fā)現(xiàn)明顯故障點，經(jīng)絕緣測試，正母線絕緣正常，初步判斷故障點位于GIS，隨即進行絕緣測試，結(jié)果正常（見表1）。

表1 220kV正母線GIS絕緣電阻測量

各氣室密度繼電器壓力與歷次巡檢值相比無變化。

3.2 SF6分解物進行測試

對相關(guān)范圍內(nèi)GIS各氣室SF6分解物進行測試，得到結(jié)果如表2所示。

表2 220kV正母線GIS各氣室SF6分解物測試報告（測試日期：2013年12月9日） ul/l

從分解物情況看故障位于220kV正母線GM13氣室，把該氣室SF6氣體回收之后拆開進人孔，找到了故障點，如圖2～圖4所示。

3.3 原因分析

3.3.1 微水測試情況

根據(jù)GIS設(shè)備檢修導(dǎo)則以及制造廠推薦檢修要求，除斷路器及隔離開關(guān)外，GIS的主要維護工作是檢測SF6的氣體壓力數(shù)值，定期檢查氣體的濕度，故障氣室最近一次測試為2013年4月25日，結(jié)果正常（見表3）。

圖2 故障點圖a

圖3 故障點圖b

表3 GIS組合電器微水含量檢驗報告（測試日期：2013年4月25日）

續(xù)表

某水力發(fā)電廠GIS投運于2005年6月10日，迄今已運行近9年，其間各氣室表壓均無變化，顯示密封良好，根據(jù)微水數(shù)據(jù)及分解物成分，可以排除因受潮導(dǎo)致的絕緣下降因素。

3.3.2 故障分析一

從打開后的故障點情況看，本次故障為220kV正母線預(yù)留母聯(lián)間隔B相T接處屏蔽罩對外殼放電，中間介質(zhì)為SF6氣體，支撐絕緣子（圖中圓孔背面即為支撐絕緣子）無放電痕跡，可確認放電通道是異物造成的。

3.3.3 故障分析二

經(jīng)解體檢查，各緊固件無松動現(xiàn)象，觸頭內(nèi)部彈簧無松動，回路電阻合格（見表4）。

表4 220kV正母線GIS GM13氣室故障部位T接修理前接觸電阻試驗

從數(shù)據(jù)情況（見表4）看，基本排除因觸頭松動造成的接觸不良導(dǎo)致故障。

3.3.4 故障分析三

經(jīng)反復(fù)檢查，故障氣室內(nèi)找到了少許類似鋁異物（見圖5和圖6）。根據(jù)高電壓理論，在封閉電場內(nèi)，金屬顆粒在電場作用下能感應(yīng)電荷，成為帶電顆粒，并在電場力的作用下振動、懸浮、飄移；并在電場力的作用沿電場方向排列。故障部位是T形觸頭，電場分布相對不均，屏蔽罩對地距離相對較短，放電極可能是長期運行，金屬顆粒不斷振動，并在電場作用下飄移至該處造成的。金屬顆粒的來源不確定，可能是出廠時遺留在導(dǎo)管內(nèi)或觸頭內(nèi)，運行中跑出來的。

3.3.5 故障分析四

本次放電點有兩處，分別位于T接兩側(cè)屏蔽罩端部，以T接為中心對稱分布，但兩點同時放電的概率很小，基本認定為放電電弧漂移至另一處造成。

3.3.6 故障分析五

從內(nèi)部檢查看制造廠結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷（見圖7和圖8），故障處T接固定支持絕緣子用孔洞未設(shè)置屏蔽蓋封堵，使本處電場更為不均，同時也使該處容易累積雜物。

圖5 氣室內(nèi)發(fā)現(xiàn)的疑似鋁屑的金屬顆粒

圖6 疑似鋁屑的金屬顆粒尺寸

圖7 疑似存在設(shè)計缺陷對比圖（一）

圖8 疑似存在設(shè)計缺陷對比圖（二）

4 故障處理

經(jīng)過以上的分析，為了保證GIS能夠盡快投入運行，減少經(jīng)濟損失，同時保證GIS的安全運行，某水力發(fā)電廠制定出了以下處理方案，并實施。

（1）與制造廠家一起，對故障原因作進一步分析，同時邀請專家指導(dǎo)、論證，基本確定了故障原因。

（2）與制造廠一起，對故障氣室內(nèi)部進行全面清理，徹底清潔。

（3）拆除B相導(dǎo)體，對各T接接頭解體檢查，導(dǎo)體及屏蔽罩放電受損部位進行打磨修復(fù)。

（4）對GIS外殼內(nèi)壁放電部位進行打磨修復(fù)。

（5）裝復(fù)后測試故障部位T接各接觸電阻（見表5和圖9）。

表5 220kV正母線GIS GM13氣室故障部位T接修理前接觸電阻試驗

圖9 修復(fù)后的故障部位

（6）全部裝復(fù)，確認無異常后再次清潔氣室內(nèi)所有內(nèi)表面。

（7）內(nèi)部處理完畢，經(jīng)驗收合格后，更換密封件，用高純氮沖洗3遍后按廠家要求抽真空充入SF6氣體。

（8）按GB 50150電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準進行氣體微水試驗（見表6）。

表6 GIS組合電器微水含量檢驗報告（測試日期：2013年12月13日）

續(xù)表

按DL/T 555—2004 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場耐壓及絕緣試驗導(dǎo)則要求對220kVGIS正母線進行交流耐壓試驗（見表7），最高試驗電壓為出廠耐壓值的0.8倍，即368kV，同時請電試院做超聲波和超高頻局放試驗。

表7 220kV正母線GIS交流耐壓試驗報告

交流耐壓前，請電試院對仍運行的220kVGIS付母線各氣室進行了超聲波、超高頻局部放電測量，未發(fā)現(xiàn)異常，正母交流耐壓時，對正母各氣室進行超聲波、超高頻局部放電測量，B相測試時，非故障氣室GM14發(fā)現(xiàn)有少量信號，其余氣室均未測出（見圖10～圖17）。

交流耐壓試驗后，各氣室進行分解物測試，結(jié)果正常（見表8）。

圖10 超聲波檢測背景

圖11 GM14氣室B相加壓145kV時超聲波信號

圖12 GM14氣室B相145kV保持1min后超聲波信號

圖13 GM14氣室B相升壓至252kV時的超聲波信號

圖14 GM14氣室B相加壓145kV時超高頻信號

圖15 GM14氣室B相加壓252kV時超高頻信號a

圖16 GM14氣室B相加壓252kV時超高頻信號b

圖17 GM14氣室B相加壓252kV時超高頻信號c

表8 220kV正母線GIS耐壓試驗后各氣室SF6分解物測試報告（測試日期：2013年12月13日） ul/l

220kV正母線申請恢復(fù)運行，投運成功。

5 建議

（1）對電廠GM14正母氣室加強跟蹤檢測，盡早安排解體檢修。

（2）對所有GIS氣室開展超聲波局放普查工作，并將此工作列入周期工作內(nèi)容，定期檢測。

（3）GIS設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，制造及安裝工藝控制要求很高，其時遺留的一些隱患和缺陷很難被發(fā)現(xiàn)，給設(shè)備運行帶來較大的風險，超聲局放測試對振動信號十分靈敏，因此能夠發(fā)現(xiàn)內(nèi)部松動或金屬顆粒缺陷。例如對固定螺栓力矩不足，金屬焊接點不夠深入等情況有較好的測試效果，而且在故障產(chǎn)生初期表現(xiàn)為振動信號時，也只能通過超聲手段測出，檢查后，對存在隱患的GIS氣室盡快安排解體檢修。

（4）對所有GIS氣室開展GIS設(shè)備定期超高頻局放檢測工作，超高頻法局放測試技術(shù)是目前國際上對GIS類設(shè)備普遍采用的檢測技術(shù)。通過超高頻傳感器檢測GIS內(nèi)部放電產(chǎn)生的超高頻信號達到發(fā)現(xiàn)缺陷的目的，利用超高頻傳感器測量局部放電會受到設(shè)備內(nèi)部和外部環(huán)境的很多干擾，比如手機、無線通訊信號等，現(xiàn)場測試時應(yīng)排除此類干擾，并且可以在不同時段對同一位置進行測量，以排除干擾信號。通常采用軟件智能降噪、加裝濾波器、分段排除放電區(qū)域等方法進行降噪處理[1]。在診斷需要時，應(yīng)考慮外接電源同步的影響。

（5）對水平安裝的盆式絕緣子處重點檢測，對測量出存在隱患的氣室盡快安排解體檢修。

（6）推廣安裝GIS超聲波，超高頻局放在線監(jiān)測裝置，做到設(shè)備狀態(tài)可視化，及時發(fā)現(xiàn)早期缺陷。

（7）依靠SF6氣體對紅外線的強烈吸收特性，采用激光檢漏儀進行泄漏檢測。

（8）建議廠家改進設(shè)計，不斷提高制造過程質(zhì)量控制，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

[1] 王風雷．電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測新技術(shù)應(yīng)用案例精選．北京：中國電力出版社，2009．

張岳勇（1965—），男，工程師，主要研究方向：發(fā)變 電 設(shè) 備 運 行。E-mail：yueyong-zhang@sgxy．sgcc．com

姜衛(wèi)海（1973—），男，高級工程師，主要研究方向：電 氣 一 次 設(shè) 備 檢 修。E-mail：weihai-jiang@sgxy．sgcc．com

GIS Bus Line Processing and Analysis

ZHANG Yueyong， JIANG Weihai
（State Grid Xin Yuan hydropower Co.， Xin’An river hydroelectric power plant，Jiande 311608，China）

This paper introduces the GIS bus line of a hydroelectric power plant， describes the process of fault occurrence， analyzes the causes of failure， and introduces the process of fault analysis.

combined appliance; six sulfur fluoride; fault;insulator; AC voltage withstand test