220?kV?GIS設備故障檢測及實例分析

安 濱，董海波，陰其昌，李露露，焦新敬

(國網山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 250118)

220?kV?GIS設備故障檢測及實例分析

安 濱，董海波，陰其昌，李露露，焦新敬

(國網山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 250118)

隨著GIS的廣泛應用，其安全穩定運行對于整個電力系統來說具有重要意義，因此需要加強對GIS故障診斷的研究。通過對一起220 kV GIS故障的實例分析，綜合利用多種檢測手段，快速、準確地判斷出了故障點，證明了提出的GIS故障判斷步驟的有效性，對提高GIS設備的檢修效率具有重要意義。

GIS設備；故障判斷步驟；SF6分解產物；母差保護

0 引言

SF6氣體絕緣封閉開關設備(gas isolated switchgear，GIS)因占地面積小、運行安全可靠、檢修周期長、安裝方便等優點在國內變電站中被廣泛采用。隨著GIS的廣泛應用，其安全穩定運行對于整個電力系統來說愈加重要。由于GIS是封閉的組合電器，一旦發生故障，很難在短時間內判斷出故障點，對現場的事故分析造成了很大挑戰。因此綜合利用多種GIS故障檢測手段，形成合理的GIS故障診斷程序，快速準確地判斷出故障點，對減少停電時間、提高檢修效率具有重要意義。

通過對多種GIS故障檢測手段的研究，結合現場運維經驗，得出了一套快速、精準的GIS故障判斷步驟，并通過一起220 kV GIS故障實例對故障判斷步驟的有效性進行了驗證，為其他GIS故障的快速判斷提供了借鑒。

1 GIS設備的故障判斷步驟

由于GIS故障具有隱蔽性，無法直接觀察到故障點，尋找故障點的時間較長。要想在短時間內排查出故障原因，必須合理優化處理過程，綜合利用多種檢測方法，形成有效的GIS故障判斷步驟。在GIS發生故障之后最短的時間內確定故障原因、故障氣室以及故障嚴重程度等信息，提高設備的檢修效率。

結合日常的運維檢修經驗，提出排查出GIS故障點的步驟如下。

(1) 查看現場保護動作情況和故障錄波記錄。GIS發生故障之后，保護通常都會動作，正確利用繼電保護動作信息對于快速查找GIS故障點來說是極為重要的。通過查看保護動作情況和故障錄波記錄，可以在較短時間內知道故障發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一次設備外觀。GIS故障之后，設備外殼溫度和形狀、繼電器的壓力通常都會發生變化。在查看完繼電保護系統信息，大體判斷出故障位置的基礎上，通過查看一次設備外觀，可以進一步縮小故障范圍，確定可能的故障氣室。

(3) 對可能的故障氣室進行SF6氣體組分試驗。找出SF6氣體組分超標的氣室，并根據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，為進一步確定故障點和故障類型，需要對故障氣室進行解體檢查。明確故障原因之后，可以安排對故障氣室進行更換以及返廠大修。

2 GIS故障實例分析

某新建500 kV變電站220 kV側設備為GIS設備，220 kV母線為雙母雙分段接線形式，如圖1所示。2015-12-03，在對220 kV母線進行充電過程中，發生220 kV 2B母線A相接地故障，220 kV 2B母線母差保護可靠動作，225開關和200B開關斷開。故障前225開關運行在220 kV 2B母線上，226開關運行在220 kV 1B母線上，200B母聯開關在合位，220 kV 1B母線和220 kV 2B母線并列運行，分段開關21F，22F斷開。

圖1 220 kV系統一次接線

2.1 故障判斷與檢測

2.1.1 保護配置

根據接線圖可知，220 kV 4段母線的保護配置如下：220 kV 1A和220 kV 2A母線公用2套母差保護，220 kV 1B和220 kV 2B母線公用2套母差保護，這2套母差保護分別為許繼WMH-801 A母差保護和國電南自SGB-750母差保護，構成保護的雙重化配置。

母差保護是將母線上連接的所有元件的CT按照同名端、同極性連接到差動回路當中，正常情況下，所有CT所取電流的矢量和為0。差動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開關和分段開關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。大差回路用來判斷故障是母線的區內故障還是區外故障；小差回路用來判斷故障具體發生在哪段母線上，大差保護作為小差保護的后備保護。

根據接線圖可知，220 kV 1B和220 kV 2B母線差動保護所取的大差電流為225開關CT以及226開關CT電流的矢量和；220 kV 1B母線差動保護小差電流為200B開關CT和226開關CT電流的矢量和；220 kV 2B母線差動保護小差電流為200B開關CT和225開關CT電流的矢量和。

2.1.2 繼電保護動作情況分析

保護動作情況如表1所示。從表1可以看出故障持續45 ms左右，線路保護沒有動作，1B和2B母線大差保護動作，2B母線2套小差保護動作，連接在2B母線上的斷路器均動作跳閘。根據母差保護配置原則和母差保護范圍，可以判斷故障是2B母線的區內故障，即故障點位于GIS 2母線的A相某個氣室內。

表1 保護動作情況

由故障電壓、電流錄波可以看出，在正常情況時，1B母線和2B母線并列運行，PT采到的二次側電壓數值為100 V左右。由于故障時在對220 kV母線進行充電，線路沒有負荷，所以1B母線和2B母線電流值為0，流過225開關、226開關以及200B開關的電流也為0。當2B母線A相發生接地故障后，1B母線A相和2B母線A相電壓變為0，其他兩相電壓不變，225開關、226開關以及200B開關出現故障電流。36 ms時225開關和200B開關跳開，45 ms時故障電流切除，流經225開關、226開關以及200B開關的電流恢復為0，2B母線三相電壓為0，1B母線A相電壓恢復正常。

從波形可以清楚看出，此次故障電流為1.7 A，折算到一次側大約為2 550 A(CT電流比為1 500：1)。初步判斷故障發生在2B母線的A相，只跳開225開關和200B開關，1B母線和2B母線的大差保護動作，屬于2B母線的區內故障。故障點位于2B母線A相的某個氣室，與之前保護動作分析的情況一致。此次故障保護正確動作，排除保護誤動作的可能性，故障發生應該是GIS一次設備引起，GIS 2B母線的某個氣室發生放電導致2B母差保護動作。

2.1.3 一次設備外觀檢查

通過對保護動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。現場對GIS一次設備外觀進行檢查，在一次設備檢查過程中發現2B母線PT氣室壓力表讀數為0.65 MPa左右，比其他氣室壓力高(GIS設備的額定壓力為0.6 MPa)；觸摸2B母線PT氣室外殼溫度高，其他氣室無溫度升高現象。同時，為進一步確定氣室內部放電情況，對氣室進行氣體組分測試，重點對壓力偏高的氣室進行檢查。

2.1.4 GIS氣室SF6氣體分解產物檢測

使用TP40型便攜式SF6氣體分解產物檢測儀對GIS氣室內的氣體進行檢測。檢測到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《輸變電設備狀態檢修試驗規程》有關規定：當SO2值大于1 μL/L時，就應該引起重視，加強監測；當SO2值達到10 μL/L時，就應該立即停電，查明故障原因，檢測其他氣室SF6氣體組分是否正常。

根據SF6分解產物跟故障類型的關系，作如下分析推斷。

(1) SO2和SOF2是GIS發生故障之后的主要特征氣體組分，SOF2水解生產SO2。在2B母線PT氣室檢測到如此大含量SO2氣體說明該氣室發生了明顯的絕緣故障。接下來對2B母線PT氣室進行了絕緣電阻檢查，發現絕緣電阻值為0，驗證了該判斷的正確性。

(2) 檢測中發現H2S氣體含量也已超過標準，推斷可能是由于自由金屬顆粒引起的絕緣故障。自由金屬顆粒的產生主要是由于組裝過程中無法徹底清除GIS內部的微粒及異物。自由金屬顆粒在GIS內部容易引起局部放電，進而引發故障。通過以上的分析可知，發生故障的氣室可以確認為2B母線PT氣室。

2.2 解體檢查

通過分析，對故障的類型和發生部位進行了確定，為解體分析提供了明確的方向。為進一步確定發生故障的放電點，對2B母線PT氣室進行解體檢查。打開封閉蓋板后，可以聞到刺鼻的臭雞蛋氣味，且發現放電位置為A相氣室下端絕緣盆處。此處有明顯強烈放電痕跡并存在大量SF6氣體分解產物，放電原因應該是絕緣盆與導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是在廠內組裝，整體運輸到現場的，在廠內組裝過程中氣室可能進入雜質。雜質在初期通過耐壓試驗和局放檢測很難發現，但經長時間運行之后，在高強電磁場的作用下雜質極化移動，對地距離不足，造成2B母線A相對地短路，引起母差保護動作。由于故障電流引起氣室內SF6氣體分解膨脹，因此2B母線PT氣室發生故障后氣體壓力比其他氣室高，與之前現場檢查結果一樣，驗證了之前分析的正確性。經現場解體檢查后無法立即消除GIS故障，因此決定調整運行方式，將線路1調整到1B母線上，2B母線轉檢修狀態，次日繼續執行送電任務，并送電成功。

此次GIS故障處理果斷及時，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、準確地判斷故障類型、原因以及進行故障源定位，尤其是對于新站送電這種需要在短時間內判斷出故障點的工作能夠起到關鍵作用，大大提高了檢修效率。

3 結束語

結合現場運維經驗，提出了判斷GIS故障的基本步驟，并結合一起新站送電過程中220 kV GIS設備故障的實際案例，證明了此步驟能夠快速、準確地判斷故障類型及原因，并對故障源進行定位，對提高現場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，主要從事變電運檢方面的工作。

陰其昌(1991-)，男，助理工程師，主要從事變電運檢方面的工作。

李露露(1989-)，男，助理工程師，主要從事變電運檢方面的工作。

焦新敬(1983-)，女，工程師，主要從事變電運檢方面的工作。