220?kV?GIS設(shè)備故障檢測(cè)及實(shí)例分析

安 濱，董海波，陰其昌，李露露，焦新敬

(國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250118)

220?kV?GIS設(shè)備故障檢測(cè)及實(shí)例分析

安 濱，董海波，陰其昌，李露露，焦新敬

(國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250118)

隨著GIS的廣泛應(yīng)用，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)具有重要意義，因此需要加強(qiáng)對(duì)GIS故障診斷的研究。通過(guò)對(duì)一起220 kV GIS故障的實(shí)例分析，綜合利用多種檢測(cè)手段，快速、準(zhǔn)確地判斷出了故障點(diǎn)，證明了提出的GIS故障判斷步驟的有效性，對(duì)提高GIS設(shè)備的檢修效率具有重要意義。

GIS設(shè)備；故障判斷步驟；SF6分解產(chǎn)物；母差保護(hù)

0 引言

SF6氣體絕緣封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備(gas isolated switchgear，GIS)因占地面積小、運(yùn)行安全可靠、檢修周期長(zhǎng)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)變電站中被廣泛采用。隨著GIS的廣泛應(yīng)用，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)愈加重要。由于GIS是封閉的組合電器，一旦發(fā)生故障，很難在短時(shí)間內(nèi)判斷出故障點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的事故分析造成了很大挑戰(zhàn)。因此綜合利用多種GIS故障檢測(cè)手段，形成合理的GIS故障診斷程序，快速準(zhǔn)確地判斷出故障點(diǎn)，對(duì)減少停電時(shí)間、提高檢修效率具有重要意義。

通過(guò)對(duì)多種GIS故障檢測(cè)手段的研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，得出了一套快速、精準(zhǔn)的GIS故障判斷步驟，并通過(guò)一起220 kV GIS故障實(shí)例對(duì)故障判斷步驟的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，為其他GIS故障的快速判斷提供了借鑒。

1 GIS設(shè)備的故障判斷步驟

由于GIS故障具有隱蔽性，無(wú)法直接觀察到故障點(diǎn)，尋找故障點(diǎn)的時(shí)間較長(zhǎng)。要想在短時(shí)間內(nèi)排查出故障原因，必須合理優(yōu)化處理過(guò)程，綜合利用多種檢測(cè)方法，形成有效的GIS故障判斷步驟。在GIS發(fā)生故障之后最短的時(shí)間內(nèi)確定故障原因、故障氣室以及故障嚴(yán)重程度等信息，提高設(shè)備的檢修效率。

結(jié)合日常的運(yùn)維檢修經(jīng)驗(yàn)，提出排查出GIS故障點(diǎn)的步驟如下。

(1) 查看現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)動(dòng)作情況和故障錄波記錄。GIS發(fā)生故障之后，保護(hù)通常都會(huì)動(dòng)作，正確利用繼電保護(hù)動(dòng)作信息對(duì)于快速查找GIS故障點(diǎn)來(lái)說(shuō)是極為重要的。通過(guò)查看保護(hù)動(dòng)作情況和故障錄波記錄，可以在較短時(shí)間內(nèi)知道故障發(fā)生的大體位置和故障類型，縮小排查范圍、提高檢修效率。

(2) 檢查GIS一次設(shè)備外觀。GIS故障之后，設(shè)備外殼溫度和形狀、繼電器的壓力通常都會(huì)發(fā)生變化。在查看完繼電保護(hù)系統(tǒng)信息，大體判斷出故障位置的基礎(chǔ)上，通過(guò)查看一次設(shè)備外觀，可以進(jìn)一步縮小故障范圍，確定可能的故障氣室。

(3) 對(duì)可能的故障氣室進(jìn)行SF6氣體組分試驗(yàn)。找出SF6氣體組分超標(biāo)的氣室，并根據(jù)不同故障氣體組分含量的不同判斷故障類型，確定故障氣室。

(4) 解體檢查。在確定故障氣室之后，為進(jìn)一步確定故障點(diǎn)和故障類型，需要對(duì)故障氣室進(jìn)行解體檢查。明確故障原因之后，可以安排對(duì)故障氣室進(jìn)行更換以及返廠大修。

2 GIS故障實(shí)例分析

某新建500 kV變電站220 kV側(cè)設(shè)備為GIS設(shè)備，220 kV母線為雙母雙分段接線形式，如圖1所示。2015-12-03，在對(duì)220 kV母線進(jìn)行充電過(guò)程中，發(fā)生220 kV 2B母線A相接地故障，220 kV 2B母線母差保護(hù)可靠動(dòng)作，225開(kāi)關(guān)和200B開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。故障前225開(kāi)關(guān)運(yùn)行在220 kV 2B母線上，226開(kāi)關(guān)運(yùn)行在220 kV 1B母線上，200B母聯(lián)開(kāi)關(guān)在合位，220 kV 1B母線和220 kV 2B母線并列運(yùn)行，分段開(kāi)關(guān)21F，22F斷開(kāi)。

圖1 220 kV系統(tǒng)一次接線

2.1 故障判斷與檢測(cè)

2.1.1 保護(hù)配置

根據(jù)接線圖可知，220 kV 4段母線的保護(hù)配置如下：220 kV 1A和220 kV 2A母線公用2套母差保護(hù)，220 kV 1B和220 kV 2B母線公用2套母差保護(hù)，這2套母差保護(hù)分別為許繼WMH-801 A母差保護(hù)和國(guó)電南自SGB-750母差保護(hù)，構(gòu)成保護(hù)的雙重化配置。

母差保護(hù)是將母線上連接的所有元件的CT按照同名端、同極性連接到差動(dòng)回路當(dāng)中，正常情況下，所有CT所取電流的矢量和為0。差動(dòng)回路分為母線大差回路和和各分段母線的小差回路。母線大差回路所取的電流是除了母聯(lián)開(kāi)關(guān)和分段開(kāi)關(guān)以外的所有支路電流；各分段母線的小差回路所取的電流是連接在該段母線上所有的支路電流。大差回路用來(lái)判斷故障是母線的區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障；小差回路用來(lái)判斷故障具體發(fā)生在哪段母線上，大差保護(hù)作為小差保護(hù)的后備保護(hù)。

根據(jù)接線圖可知，220 kV 1B和220 kV 2B母線差動(dòng)保護(hù)所取的大差電流為225開(kāi)關(guān)CT以及226開(kāi)關(guān)CT電流的矢量和；220 kV 1B母線差動(dòng)保護(hù)小差電流為200B開(kāi)關(guān)CT和226開(kāi)關(guān)CT電流的矢量和；220 kV 2B母線差動(dòng)保護(hù)小差電流為200B開(kāi)關(guān)CT和225開(kāi)關(guān)CT電流的矢量和。

2.1.2 繼電保護(hù)動(dòng)作情況分析

保護(hù)動(dòng)作情況如表1所示。從表1可以看出故障持續(xù)45 ms左右，線路保護(hù)沒(méi)有動(dòng)作，1B和2B母線大差保護(hù)動(dòng)作，2B母線2套小差保護(hù)動(dòng)作，連接在2B母線上的斷路器均動(dòng)作跳閘。根據(jù)母差保護(hù)配置原則和母差保護(hù)范圍，可以判斷故障是2B母線的區(qū)內(nèi)故障，即故障點(diǎn)位于GIS 2母線的A相某個(gè)氣室內(nèi)。

表1 保護(hù)動(dòng)作情況

由故障電壓、電流錄波可以看出，在正常情況時(shí)，1B母線和2B母線并列運(yùn)行，PT采到的二次側(cè)電壓數(shù)值為100 V左右。由于故障時(shí)在對(duì)220 kV母線進(jìn)行充電，線路沒(méi)有負(fù)荷，所以1B母線和2B母線電流值為0，流過(guò)225開(kāi)關(guān)、226開(kāi)關(guān)以及200B開(kāi)關(guān)的電流也為0。當(dāng)2B母線A相發(fā)生接地故障后，1B母線A相和2B母線A相電壓變?yōu)?，其他兩相電壓不變，225開(kāi)關(guān)、226開(kāi)關(guān)以及200B開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障電流。36 ms時(shí)225開(kāi)關(guān)和200B開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，45 ms時(shí)故障電流切除，流經(jīng)225開(kāi)關(guān)、226開(kāi)關(guān)以及200B開(kāi)關(guān)的電流恢復(fù)為0，2B母線三相電壓為0，1B母線A相電壓恢復(fù)正常。

從波形可以清楚看出，此次故障電流為1.7 A，折算到一次側(cè)大約為2 550 A(CT電流比為1 500：1)。初步判斷故障發(fā)生在2B母線的A相，只跳開(kāi)225開(kāi)關(guān)和200B開(kāi)關(guān)，1B母線和2B母線的大差保護(hù)動(dòng)作，屬于2B母線的區(qū)內(nèi)故障。故障點(diǎn)位于2B母線A相的某個(gè)氣室，與之前保護(hù)動(dòng)作分析的情況一致。此次故障保護(hù)正確動(dòng)作，排除保護(hù)誤動(dòng)作的可能性，故障發(fā)生應(yīng)該是GIS一次設(shè)備引起，GIS 2B母線的某個(gè)氣室發(fā)生放電導(dǎo)致2B母差保護(hù)動(dòng)作。

2.1.3 一次設(shè)備外觀檢查

通過(guò)對(duì)保護(hù)動(dòng)作情況以及故障錄波波形的分析可以得出2B母線存在故障?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)GIS一次設(shè)備外觀進(jìn)行檢查，在一次設(shè)備檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)2B母線PT氣室壓力表讀數(shù)為0.65 MPa左右，比其他氣室壓力高(GIS設(shè)備的額定壓力為0.6 MPa)；觸摸2B母線PT氣室外殼溫度高，其他氣室無(wú)溫度升高現(xiàn)象。同時(shí)，為進(jìn)一步確定氣室內(nèi)部放電情況，對(duì)氣室進(jìn)行氣體組分測(cè)試，重點(diǎn)對(duì)壓力偏高的氣室進(jìn)行檢查。

2.1.4 GIS氣室SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)

使用TP40型便攜式SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)儀對(duì)GIS氣室內(nèi)的氣體進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)到2B母線PT氣室中SF6氣體組分為：SO2，143.7 μL/ L；H2S，113.0 μL/L；CO，671.9 μL/L。Q/ GDW 1168—2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》有關(guān)規(guī)定：當(dāng)SO2值大于1 μL/L時(shí)，就應(yīng)該引起重視，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)；當(dāng)SO2值達(dá)到10 μL/L時(shí)，就應(yīng)該立即停電，查明故障原因，檢測(cè)其他氣室SF6氣體組分是否正常。

根據(jù)SF6分解產(chǎn)物跟故障類型的關(guān)系，作如下分析推斷。

(1) SO2和SOF2是GIS發(fā)生故障之后的主要特征氣體組分，SOF2水解生產(chǎn)SO2。在2B母線PT氣室檢測(cè)到如此大含量SO2氣體說(shuō)明該氣室發(fā)生了明顯的絕緣故障。接下來(lái)對(duì)2B母線PT氣室進(jìn)行了絕緣電阻檢查，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻值為0，驗(yàn)證了該判斷的正確性。

(2) 檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)H2S氣體含量也已超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，推斷可能是由于自由金屬顆粒引起的絕緣故障。自由金屬顆粒的產(chǎn)生主要是由于組裝過(guò)程中無(wú)法徹底清除GIS內(nèi)部的微粒及異物。自由金屬顆粒在GIS內(nèi)部容易引起局部放電，進(jìn)而引發(fā)故障。通過(guò)以上的分析可知，發(fā)生故障的氣室可以確認(rèn)為2B母線PT氣室。

2.2 解體檢查

通過(guò)分析，對(duì)故障的類型和發(fā)生部位進(jìn)行了確定，為解體分析提供了明確的方向。為進(jìn)一步確定發(fā)生故障的放電點(diǎn)，對(duì)2B母線PT氣室進(jìn)行解體檢查。打開(kāi)封閉蓋板后，可以聞到刺鼻的臭雞蛋氣味，且發(fā)現(xiàn)放電位置為A相氣室下端絕緣盆處。此處有明顯強(qiáng)烈放電痕跡并存在大量SF6氣體分解產(chǎn)物，放電原因應(yīng)該是絕緣盆與導(dǎo)體連接處未清潔干凈，可能有粉塵、金屬或雜物微粒黏附。220 kV GIS是在廠內(nèi)組裝，整體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的，在廠內(nèi)組裝過(guò)程中氣室可能進(jìn)入雜質(zhì)。雜質(zhì)在初期通過(guò)耐壓試驗(yàn)和局放檢測(cè)很難發(fā)現(xiàn)，但經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行之后，在高強(qiáng)電磁場(chǎng)的作用下雜質(zhì)極化移動(dòng)，對(duì)地距離不足，造成2B母線A相對(duì)地短路，引起母差保護(hù)動(dòng)作。由于故障電流引起氣室內(nèi)SF6氣體分解膨脹，因此2B母線PT氣室發(fā)生故障后氣體壓力比其他氣室高，與之前現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果一樣，驗(yàn)證了之前分析的正確性。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)解體檢查后無(wú)法立即消除GIS故障，因此決定調(diào)整運(yùn)行方式，將線路1調(diào)整到1B母線上，2B母線轉(zhuǎn)檢修狀態(tài)，次日繼續(xù)執(zhí)行送電任務(wù)，并送電成功。

此次GIS故障處理果斷及時(shí)，保證了送電的成功，也表明了上述GIS故障判斷處理步驟的有效性。此處理步驟可以快速、準(zhǔn)確地判斷故障類型、原因以及進(jìn)行故障源定位，尤其是對(duì)于新站送電這種需要在短時(shí)間內(nèi)判斷出故障點(diǎn)的工作能夠起到關(guān)鍵作用，大大提高了檢修效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，提出了判斷GIS故障的基本步驟，并結(jié)合一起新站送電過(guò)程中220 kV GIS設(shè)備故障的實(shí)際案例，證明了此步驟能夠快速、準(zhǔn)確地判斷故障類型及原因，并對(duì)故障源進(jìn)行定位，對(duì)提高現(xiàn)場(chǎng)的故障處置效率具有重要意義。

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2015-12-29；

2016-05-02。

安 濱(1990-)，男，助理工程師，主要從事變電運(yùn)檢方面的工作，email：903645904@qq.com。

董海波(1982-)，男，工程師，主要從事變電運(yùn)檢方面的工作。

陰其昌(1991-)，男，助理工程師，主要從事變電運(yùn)檢方面的工作。

李露露(1989-)，男，助理工程師，主要從事變電運(yùn)檢方面的工作。

焦新敬(1983-)，女，工程師，主要從事變電運(yùn)檢方面的工作。