一種GIS故障快速定位方法

王 一，黃 超，顧水平，吳建偉

（國網浙江省電力公司檢修分公司，杭州 311232）

一種GIS故障快速定位方法

王 一，黃 超，顧水平，吳建偉

（國網浙江省電力公司檢修分公司，杭州 311232）

GIS因其諸多優點近年來獲得了廣泛應用，與此同時，GIS發生故障時，故障點的查找、隔離及電網恢復都比敞開式設備復雜。通過分析GIS故障時的保護動作行為以及母線故障零序電流的分布特點，提出了一種GIS故障快速定位方法，該方法采集信息少、分析簡便。通過2起GIS母線故障案例驗證了該方法的有效性，發現通過該方法，可縮小故障查找范圍，盡快恢復系統安全穩定運行。

GIS；故障定位；母線故障；零序電流

0 引言

GIS（氣體絕緣組合電器）由斷路器、隔離開關、接地開關、母線、TA（電流互感器）、TV（電壓互感器）、避雷器、套管等諸多電器設備組合而成，因其系統性強、集成度高、占地面積小、檢修周期長、不受環境干擾及安裝周期短等諸多優點，近年來獲得了越來越廣泛的應用[1]。特別是1 000 kV特高壓工程中，由于外絕緣設計可靠性和占地面積小等原因，GIS更是成為了不二選擇[2-4]。但是近年來GIS設備故障時有發生，并且故障率持續上升。相比其他電器設備，GIS故障類型復雜，并且一旦發生故障，其影響范圍較大[2]。當母線及其相鄰元件內部發生故障后，因外觀無恙，難以憑肉眼直接查找故障點，需要通過逐個檢測各氣室SF6氣體的含量進行故障點定位，工作量巨大，工作效率低，電網恢復時間長，特別是對于1 000 kV特高壓工程，母線持續非正常停運將嚴重影響電網系統的安全穩定運行。因此，有必要對GIS母線故障進行分析，尋求一種故障點快速定位方法，縮短故障恢復時間，保證電網的安全穩定運行。

文獻[5]提出了一種通過保護動作電流定位1 000 kV GIS故障點的方法，但是該方法需采集全站所有間隔故障電流，而且應用不直觀。以下對該方法進行優化，考慮到GIS設備構造特點，且絕大多數故障為接地故障，故可以僅采集故障母線所連支路的零序電流，通過簡便分析便可進行快速精確的故障定位。

1 通過零序電流快速定位GIS故障點

1.1 GIS故障保護動作分析

GIS內任一電站設備發生故障都會引起保護動作，并且不同點發生故障保護動作行為有所不同。下面以3/2接線保護為例說明。

1.1.1 母線故障（K1點）

若圖1中母線K1點發生故障，在母線差動保護范圍內，母差保護動作。

圖1 3/2接線GIS設備保護TA配置

1.1.2 TA與開關之間死區故障（K2點）

若圖1中K2點發生故障，在母線差動保護與線路保護范圍內，母差保護與線路保護將會同時動作。

因此可以通過線路保護是否與母差保護同時動作，確定故障發生在母線上還是開關死區。如果是死區故障，那么故障點就在開關與TA之間，定位較為精確；如果是母線故障，由于母線范圍廣，氣室多，還需進一步精確定位。

1.2 GIS母線故障零序電流分布估算

零序網絡具有網架結構相對穩定、不受過渡電阻和負荷分量影響的特點。由于零序電流的故障特征量更為明顯，因此采用零序電流進行故障點定位較全電流估算更為精確。

鑒于GIS設備本身阻抗相對系統阻抗要小得多，故假設GIS設備阻抗為0，在此前提下得到經簡化處理的零序網絡如圖2所示。零序電源作用在故障點K處，假設該變電站有L1—L6共6條零序分支。

圖2（a）表示在故障點作用一個零序電動勢，零序電流經零序支路L1—L6流入大地；圖2（b）在圖2（a）基礎上進一步簡化，將各零序支路等效簡化后合并為零序總支路，忽略GIS設備阻抗，那么在故障點左右兩側的零序電流將平分，為零序總電流的1/2，即：

圖2 GIS母線故障零序等效網絡

根據母線故障點的不同，可進一步劃分成2種情況。

1.2.1 靠母線側設備故障的零序電流分布

圖3表示3/2接線的母線，支路2所在的母線分支發生故障，各支路的零序電流分布。故障可能發生在該支路的母線側隔離開關、接地開關或者預留開關間隔。

圖3 靠母線側設備故障的零序電流分布

因故障點兩側電流相等，由式（11）可以得到式（2）：

式中：I10，I20，I30分別為支路 1，2，3的零序電流。

考慮到實際GIS內部阻抗的影響，故障點左右兩側支路的零序電流并不絕對相等，因此得到式（3）：

式中：Ik0為第k個故障支路零序電流；Ii0為第i個非故障支路零序電流。

即故障支路零序電流約等于該母線上其他非故障支路零序電流之和。

1.2.2 母線氣室故障的零序電流分布

圖4表示3/2接線的母線在母線氣室發生故障時各支路的零序電流分布。

圖4 母線氣室故障的零序電流分布

因故障點兩側電流相等，由式（1）可得到：

式中：I10，I20，I30，I40分別為支路 1，2，3，4的零序電流。

考慮到實際GIS內部阻抗的影響，故障點左右兩側支路的零序電流并不絕對相等，因此有：

式中：Ii0為故障點左側第i個支路零序電流；Ij0為故障點右側第j個支路零序電流。

1.3 GIS母線故障快速定位方法

GIS母線故障快速定位步驟如下：

（1）通過保護動作行為判定故障在開關死區還是在母線上，若僅母差保護動作，那么故障點在母線上，需進一步精確定位。

（2）通過故障錄波圖記錄故障母線上各支路的零序電流。

（3）找出最大零序電流所在支路。

（4）比較其余支路零序電流，若其余支路零序電流總和≈支路最大零序電流，那么最大零序電流所在支路即為故障支路，故障點在該支路TA至母線之間，轉入步驟（6），否則轉步驟（5）。

（5）若不滿足步驟（4）估算結果則判斷故障點在母線氣室，將母線氣室分段，分別估算每段母線零序電流是否滿足式（5），吻合度最高的分段母線氣室即為故障點。

（6）對故障點相關氣室進行SF6氣體檢測分析，準確定位故障點。

（7）對故障間隔進行隔離，恢復母線運行。

圖5 GIS母線故障定位流程

2 案例分析

2.1 案例一

2014年，某特高壓變電站1 000 kVⅡ母發生C相接地故障，第一套、第二套母差保護正確動作，線路保護未動作，母線各支路零序電流見圖6，因此可判斷故障點在母線上，需進一步定位。

圖6 案例一故障母線各支路零序電流錄波

（1）根據故障錄波圖讀取零序電流，選取故障1個周波之后的零序電流，按照TA極性調整相位，得到零序電流分布如圖7所示。

（2）找出最大零序電流所在支路為T052支路。

（3）經比較發現T052支路電流與其它支路電流總和近似相等。

圖7 案例一故障母線各支路零序電流分布

（4）對T052支路相關母線氣室進行SF6氣體檢測分析，在對預留T053開關間隔C相5號氣室（位于T0522隔離開關C相與T0532隔離開關C相之間）進行檢測時發現異常分解物，由此可確定，預留T053開關間隔C相存在故障。

（5）對故障間隔進行隔離，恢復母線運行。

2.2 案例二

2015年，某特高壓變電站1 000 kVⅠ母發生C相接地故障，第一套、第二套母差保護正確動作，線路保護未動作，母線各支路零序電流見圖8，因此可判斷故障點在母線上，需進一步定位。

圖8 案例二故障母線各支路零序電流錄波

（1）根據故障錄波圖讀取零序電流，選取故障1個周波之后的零序電流，按照TA極性調整相位，得到零序電流分布如圖9所示。

圖9 案例二故障母線各支路零序電流分布

（2）找出最大零序電流所在支路為T022支路。

（3）經比較發現T022支路電流與其它支路電流總和近似相等。

（4）對T022支路相關母線氣室進行SF6氣體檢測分析，在對預留T021預留間隔C相6號和8號氣室（位于T0211隔離開關與T0221隔離開關之間）進行檢測時發現異常分解物，由此可確定，預留T021開關間隔C相存在故障。

（5）對故障間隔進行隔離，恢復母線運行。

3 結語

提出了一種GIS故障快速定位方法。首先通過分析故障時的保護動作行為確定是母線故障還是開關死區故障。若是母線故障，通過進一步分析母線故障時母線所連各支路的零序電流分布特點，快速判斷故障點所在位置。最后以2起GIS母線故障案例加以佐證。結果表明，通過該方法可縮小故障查找范圍，節省時間，提高工作效率，有助于盡快恢復系統安全穩定運行。

[1]羅學琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）[M].北京：中國電力出版社，1999.

[2]崔楊柳，馬宏忠，王濤云，等.基于故障樹理論的GIS故障分析[J].高壓電器，2015，51（7）∶125-129.

[3]李乃永，張輝，蘇欣，等.氣體絕緣全封閉組合電器母線跳閘快速恢復方案[J].電力系統自動化，2015，39（22）∶170-175.

[4]李乃永，張美玲，王昕，等.實現GIS故障精準辨識切除及自動恢復供電的母線保護新原理[J].電網技術，2015，39（10）∶2965-2971.

[5]趙曉明，余志慧.通過保護動作電流定位1 000 kV GIS故障點的實例分析[J].浙江電力，2014，33（9）∶6-9.

[6]姜炯挺，邵先軍，周建平，等.一起GIS支柱絕緣子內部擊穿故障的定位與分析[J].浙江電力，2015，34（8）∶4-8.

[7]李秀廣，郭榮坤，馬波，等.一起110 kV變電站GIS絕緣子故障定位分析[J].電氣技術，2016（12）∶162-166.

[8]張浩，吳凱，管敏淵，等.一起GIS設備SF6氣體泄漏故障的分析與處理[J].浙江電力，2016，35（9）∶35-38.

（本文編輯：方明霞）

A New Method of Rapid GIS Fault Location

WANG Yi，HUANG Chao，GU Shuiping，WU Jianwei
（State Grid Zhejiang Maintenance Branch Company，Hangzhou 311232，China）

Due to its advantages，GIS（gas insulated switchgear）has been widely used in recent years.Meantime fault point location,separation of GIS and power grid restoration are more complicated than that of open type devices in the case of faults.By analysis on the behavior of protection action and distribution characteristics of zero-sequence fault bus current，a rapid GIS fault location method is proposed，which collects less information and is simple and easy for analysis.Through two examples of bus faults，the method is proved effective；besides，the method can narrow fault detection range and restore operation safety and stability of the system as quickly as possible.

GIS；fault location；bus fault；zero-sequence current

TM595

B

1007-1881（2017）02-0043-04

2016-12-01

王 一（1985），女，工程師，從事電力系統繼電保護工作。