220 kV GIS设备故障检测及实例分析

2016-12-16董海波阴其昌李露露焦新敬

电力安全技术 2016年10期

关键词：母差气室检修

安滨，董海波，阴其昌，李露露，焦新敬

(国网山东省电力公司检修公司，山东济南 250118)

220 kV GIS设备故障检测及实例分析

安滨，董海波，阴其昌，李露露，焦新敬

(国网山东省电力公司检修公司，山东济南 250118)

随着GIS的广泛应用，其安全稳定运行对于整个电力系统来说具有重要意义，因此需要加强对GIS故障诊断的研究。通过对一起220 kV GIS故障的实例分析，综合利用多种检测手段，快速、准确地判断出了故障点，证明了提出的GIS故障判断步骤的有效性，对提高GIS设备的检修效率具有重要意义。

GIS设备；故障判断步骤；SF6分解产物；母差保护

0 引言

SF6气体绝缘封闭开关设备(gas isolated switchgear，GIS)因占地面积小、运行安全可靠、检修周期长、安装方便等优点在国内变电站中被广泛采用。随着GIS的广泛应用，其安全稳定运行对于整个电力系统来说愈加重要。由于GIS是封闭的组合电器，一旦发生故障，很难在短时间内判断出故障点，对现场的事故分析造成了很大挑战。因此综合利用多种GIS故障检测手段，形成合理的GIS故障诊断程序，快速准确地判断出故障点，对减少停电时间、提高检修效率具有重要意义。

通过对多种GIS故障检测手段的研究，结合现场运维经验，得出了一套快速、精准的GIS故障判断步骤，并通过一起220 kV GIS故障实例对故障判断步骤的有效性进行了验证，为其他GIS故障的快速判断提供了借鉴。

1 GIS设备的故障判断步骤

由于GIS故障具有隐蔽性，无法直接观察到故障点，寻找故障点的时间较长。要想在短时间内排查出故障原因，必须合理优化处理过程，综合利用多种检测方法，形成有效的GIS故障判断步骤。在GIS发生故障之后最短的时间内确定故障原因、故障气室以及故障严重程度等信息，提高设备的检修效率。

结合日常的运维检修经验，提出排查出GIS故障点的步骤如下。

(1) 查看现场保护动作情况和故障录波记录。GIS发生故障之后，保护通常都会动作，正确利用继电保护动作信息对于快速查找GIS故障点来说是极为重要的。通过查看保护动作情况和故障录波记录，可以在较短时间内知道故障发生的大体位置和故障类型，缩小排查范围、提高检修效率。

(2) 检查GIS一次设备外观。GIS故障之后，设备外壳温度和形状、继电器的压力通常都会发生变化。在查看完继电保护系统信息，大体判断出故障位置的基础上，通过查看一次设备外观，可以进一步缩小故障范围，确定可能的故障气室。

(3) 对可能的故障气室进行SF6气体组分试验。找出SF6气体组分超标的气室，并根据不同故障气体组分含量的不同判断故障类型，确定故障气室。

(4) 解体检查。在确定故障气室之后，为进一步确定故障点和故障类型，需要对故障气室进行解体检查。明确故障原因之后，可以安排对故障气室进行更换以及返厂大修。

2 GIS故障实例分析

某新建500 kV变电站220 kV侧设备为GIS设备，220 kV母线为双母双分段接线形式，如图1所示。2015-12-03，在对220 kV母线进行充电过程中，发生220 kV 2B母线A相接地故障，220 kV 2B母线母差保护可靠动作，225开关和200B开关断开。故障前225开关运行在220 kV 2B母线上，226开关运行在220 kV 1B母线上，200B母联开关在合位，220 kV 1B母线和220 kV 2B母线并列运行，分段开关21F，22F断开。

图1 220 kV系统一次接线

2.1 故障判断与检测

2.1.1 保护配置

根据接线图可知，220 kV 4段母线的保护配置如下：220 kV 1A和220 kV 2A母线公用2套母差保护，220 kV 1B和220 kV 2B母线公用2套母差保护，这2套母差保护分别为许继WMH-801 A母差保护和国电南自SGB-750母差保护，构成保护的双重化配置。

母差保护是将母线上连接的所有元件的CT按照同名端、同极性连接到差动回路当中，正常情况下，所有CT所取电流的矢量和为0。差动回路分为母线大差回路和和各分段母线的小差回路。母线大差回路所取的电流是除了母联开关和分段开关以外的所有支路电流；各分段母线的小差回路所取的电流是连接在该段母线上所有的支路电流。大差回路用来判断故障是母线的区内故障还是区外故障；小差回路用来判断故障具体发生在哪段母线上，大差保护作为小差保护的后备保护。

根据接线图可知，220 kV 1B和220 kV 2B母线差动保护所取的大差电流为225开关CT以及226开关CT电流的矢量和；220 kV 1B母线差动保护小差电流为200B开关CT和226开关CT电流的矢量和；220 kV 2B母线差动保护小差电流为200B开关CT和225开关CT电流的矢量和。

2.1.2 继电保护动作情况分析

保护动作情况如表1所示。从表1可以看出故障持续45 ms左右，线路保护没有动作，1B和2B母线大差保护动作，2B母线2套小差保护动作，连接在2B母线上的断路器均动作跳闸。根据母差保护配置原则和母差保护范围，可以判断故障是2B母线的区内故障，即故障点位于GIS 2母线的A相某个气室内。

表1 保护动作情况

由故障电压、电流录波可以看出，在正常情况时，1B母线和2B母线并列运行，PT采到的二次侧电压数值为100 V左右。由于故障时在对220 kV母线进行充电，线路没有负荷，所以1B母线和2B母线电流值为0，流过225开关、226开关以及200B开关的电流也为0。当2B母线A相发生接地故障后，1B母线A相和2B母线A相电压变为0，其他两相电压不变，225开关、226开关以及200B开关出现故障电流。36 ms时225开关和200B开关跳开，45 ms时故障电流切除，流经225开关、226开关以及200B开关的电流恢复为0，2B母线三相电压为0，1B母线A相电压恢复正常。

从波形可以清楚看出，此次故障电流为1.7 A，折算到一次侧大约为2 550 A(CT电流比为1 500：1)。初步判断故障发生在2B母线的A相，只跳开225开关和200B开关，1B母线和2B母线的大差保护动作，属于2B母线的区内故障。故障点位于2B母线A相的某个气室，与之前保护动作分析的情况一致。此次故障保护正确动作，排除保护误动作的可能性，故障发生应该是GIS一次设备引起，GIS 2B母线的某个气室发生放电导致2B母差保护动作。

2.1.3 一次设备外观检查

通过对保护动作情况以及故障录波波形的分析可以得出2B母线存在故障。现场对GIS一次设备外观进行检查，在一次设备检查过程中发现2B母线PT气室压力表读数为0.65 MPa左右，比其他气室压力高(GIS设备的额定压力为0.6 MPa)；触摸2B母线PT气室外壳温度高，其他气室无温度升高现象。同时，为进一步确定气室内部放电情况，对气室进行气体组分测试，重点对压力偏高的气室进行检查。

2.1.4 GIS气室SF6气体分解产物检测

使用TP40型便携式SF6气体分解产物检测仪对GIS气室内的气体进行检测。检测到2B母线PT气室中SF6气体组分为：SO2，143.7 μL/ L；H2S，113.0 μL/L；CO，671.9 μL/L。Q/ GDW 1168—2013《输变电设备状态检修试验规程》有关规定：当SO2值大于1 μL/L时，就应该引起重视，加强监测；当SO2值达到10 μL/L时，就应该立即停电，查明故障原因，检测其他气室SF6气体组分是否正常。

根据SF6分解产物跟故障类型的关系，作如下分析推断。

(1) SO2和SOF2是GIS发生故障之后的主要特征气体组分，SOF2水解生产SO2。在2B母线PT气室检测到如此大含量SO2气体说明该气室发生了明显的绝缘故障。接下来对2B母线PT气室进行了绝缘电阻检查，发现绝缘电阻值为0，验证了该判断的正确性。

(2) 检测中发现H2S气体含量也已超过标准，推断可能是由于自由金属颗粒引起的绝缘故障。自由金属颗粒的产生主要是由于组装过程中无法彻底清除GIS内部的微粒及异物。自由金属颗粒在GIS内部容易引起局部放电，进而引发故障。通过以上的分析可知，发生故障的气室可以确认为2B母线PT气室。

2.2 解体检查

通过分析，对故障的类型和发生部位进行了确定，为解体分析提供了明确的方向。为进一步确定发生故障的放电点，对2B母线PT气室进行解体检查。打开封闭盖板后，可以闻到刺鼻的臭鸡蛋气味，且发现放电位置为A相气室下端绝缘盆处。此处有明显强烈放电痕迹并存在大量SF6气体分解产物，放电原因应该是绝缘盆与导体连接处未清洁干净，可能有粉尘、金属或杂物微粒黏附。220 kV GIS是在厂内组装，整体运输到现场的，在厂内组装过程中气室可能进入杂质。杂质在初期通过耐压试验和局放检测很难发现，但经长时间运行之后，在高强电磁场的作用下杂质极化移动，对地距离不足，造成2B母线A相对地短路，引起母差保护动作。由于故障电流引起气室内SF6气体分解膨胀，因此2B母线PT气室发生故障后气体压力比其他气室高，与之前现场检查结果一样，验证了之前分析的正确性。经现场解体检查后无法立即消除GIS故障，因此决定调整运行方式，将线路1调整到1B母线上，2B母线转检修状态，次日继续执行送电任务，并送电成功。

此次GIS故障处理果断及时，保证了送电的成功，也表明了上述GIS故障判断处理步骤的有效性。此处理步骤可以快速、准确地判断故障类型、原因以及进行故障源定位，尤其是对于新站送电这种需要在短时间内判断出故障点的工作能够起到关键作用，大大提高了检修效率。