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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(xiàn)為雙母雙分段接線(xiàn)形式，如圖1所示。2015-12-03，在對(duì)220 kV母線(xiàn)進(jìn)行充電過(guò)程中，發(fā)生220 kV 2B母線(xiàn)A相接地故障，220 kV 2B母線(xiàn)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(xiàn)上，226開(kāi)關(guān)運(yùn)行在220 kV 1B母線(xiàn)上，200B母聯(lián)開(kāi)關(guān)在合位，220 kV 1B母線(xiàn)和220 kV 2B母線(xiàn)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(xiàn)

2.1 故障判斷與檢測(cè)

2.1.1 保護(hù)配置

根據(jù)接線(xiàn)圖可知，220 kV 4段母線(xiàn)的保護(hù)配置如下：220 kV 1A和220 kV 2A母線(xiàn)公用2套母差保護(hù)，220 kV 1B和220 kV 2B母線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)大差回路和和各分段母線(xiàn)的小差回路。母線(xiàn)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(xiàn)的小差回路所取的電流是連接在該段母線(xiàn)上所有的支路電流。大差回路用來(lái)判斷故障是母線(xiàn)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(xiàn)上，大差保護(hù)作為小差保護(hù)的后備保護(hù)。

根據(jù)接線(xiàn)圖可知，220 kV 1B和220 kV 2B母線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)路保護(hù)沒(méi)有動(dòng)作，1B和2B母線(xiàn)大差保護(hù)動(dòng)作，2B母線(xiàn)2套小差保護(hù)動(dòng)作，連接在2B母線(xiàn)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(xiàn)的區(qū)內(nèi)故障，即故障點(diǎn)位于GIS 2母線(xiàn)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(xiàn)和2B母線(xiàn)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(xiàn)進(jìn)行充電，線(xiàn)路沒(méi)有負(fù)荷，所以1B母線(xiàn)和2B母線(xiàn)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(xiàn)A相發(fā)生接地故障后，1B母線(xiàn)A相和2B母線(xiàn)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(xiàn)三相電壓為0，1B母線(xiàn)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(xiàn)的A相，只跳開(kāi)225開(kāi)關(guān)和200B開(kāi)關(guān)，1B母線(xiàn)和2B母線(xiàn)的大差保護(hù)動(dòng)作，屬于2B母線(xiàn)的區(qū)內(nèi)故障。故障點(diǎn)位于2B母線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)存在故障。現(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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(lèi)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)PT氣室。

2.2 解體檢查

通過(guò)分析，對(duì)故障的類(lèi)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)路1調(diào)整到1B母線(xiàn)上，2B母線(xiàn)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(lèi)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(lèi)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。

1 杜曉平，李 濤，蔣瑞金，等.220 kV GIS母線(xiàn)保護(hù)和線(xiàn)路縱聯(lián)保護(hù)交叉區(qū)內(nèi)故障分析[J].山東電力技術(shù)，2015，42(8)：47-50，53.

2 葉建祥，劉志杰，丁 蘇.一起220 kV GIS母線(xiàn)跳閘事故分析[J].電力安全技術(shù)，2013，15(10)：28-30.

3 曾國(guó)良.220 kV GIS母線(xiàn)故障繼電保護(hù)動(dòng)作分析[J].電工技術(shù)，2011，32(4)：60-61.

4 陶蘇東，梁英哲.變電站220 kV母線(xiàn)故障分析[J].山東電力技術(shù)，2013，40(3)：33-35，44.

5 李 超，陶 蓉.一起126 kV GIS設(shè)備故障后的檢測(cè)實(shí)例分析[J].高壓電器，2015，51(1)：145-149.

6 趙玉新，崔 巖.一起220 kV GIS設(shè)備發(fā)展性故障的分析[J].電力安全技術(shù)，2015，17(9)：26-28.

7 胡志保，曾慶匯，周丹丹.一起220 kV變電站送電事故分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(24)：206-208，230.

8 吳 旭，謝彥君.一起220 kV母差保護(hù)動(dòng)作事故的原因分析[J].廣東科技，2014，10(20)：84-85.

9 國(guó)家電網(wǎng)公司.Q/GDW 1168—2013輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2014.

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。