GIS母线故障处理与分析

张岳勇，姜卫海

（国网新源水电有限公司新安江水力发电厂，浙江省建德市 311608）

GIS母线故障处理与分析

张岳勇，姜卫海

（国网新源水电有限公司新安江水力发电厂，浙江省建德市 311608）

本文介绍了某水力发电厂的一起GIS母线故障，叙述了故障发生过程，分析故障原因，并详细介绍故障分析处理过程。

组合电器;六氟化硫；故障；绝缘子；交流耐压试验

1 概述

某水力发电厂共有9台机组，3机1变扩大单元接线，高压220kV系统电气主接线采用双母线带旁路运行方式。电站出线共6回，其中3回出线采用GIS。

某水力发电厂GIS额定电压等级为252kV，主母线采用三相共箱，断路器和分支母线采用三相分箱结构。主接线方式为双母线接线，共有出线间隔3组、进线间隔2组（无断路器，仅用于将GIS母线与敞开式母线连接），线路侧接地开关采用快速接地开关，断路器操动机构为ABB进口液压弹簧机构，隔离开关、接地开关（包括快速接地开关）采用电动操作机构，GIS系统主接线见图1。

2 故障经过

2.1 故障前运行方式

2013年12月9日，220kV双母线并列运行， 1、2号主变压器、新杭2231、新排2233、新德2387线接正母运行；3号主变压器、新杭2230、新杭2234、新建2386、220kV旁路接副母运行。1、2、4、5、7、9号机运行，3、8号机热备用，6号机大修；厂、配变直流正常分段。

全厂总有功530MW，无功 10MVar。1、2、4、5、7、9F机有功89MW。

图1 某水力发电厂GIS系统主接线图（虚线内为GIS）

220kV正母电压：232.6kV；副母电压：232.4kV；频率：50.01Hz；天气：阴。

全厂除6号机A级大修外，没有检修工作，保护均正常运行。

2.2 保护动作情况

10：50，220母线保护动作。1、2号主变压器、新杭2231、新排2233、新德2387线开关跳闸，220母联开关跳闸。

B相故障电流：1号主变压器：2202.0A；2号主变压器：813.0A；3号主变压器：1592.4A；2230线：1408.8A；2231线：263.4A；2233线：1836.0A；2234线：1848.6A；2386线：4.2A；2387线：4.2A。

总电流约为9970A。

母差动作时间：8.3ms，故障切除时间：50ms。

各线路保护装置启动正常，高频保护发讯正常，装置闭锁正常。

主变压器保护装置启动正常。

3 故障原因分析、查找

3.1 外观检查

根据母差保护动作情况，立即组织人员对电气一、二次设备进行全面排查，经仔细检查，敞开式一次设备没有发现明显故障点，经绝缘测试，正母线绝缘正常，初步判断故障点位于GIS，随即进行绝缘测试，结果正常（见表1）。

表1 220kV正母线GIS绝缘电阻测量

各气室密度继电器压力与历次巡检值相比无变化。

3.2 SF6分解物进行测试

对相关范围内GIS各气室SF6分解物进行测试，得到结果如表2所示。

表2 220kV正母线GIS各气室SF6分解物测试报告（测试日期：2013年12月9日） ul/l

从分解物情况看故障位于220kV正母线GM13气室，把该气室SF6气体回收之后拆开进人孔，找到了故障点，如图2～图4所示。

3.3 原因分析

3.3.1 微水测试情况

根据GIS设备检修导则以及制造厂推荐检修要求，除断路器及隔离开关外，GIS的主要维护工作是检测SF6的气体压力数值，定期检查气体的湿度，故障气室最近一次测试为2013年4月25日，结果正常（见表3）。

图2 故障点图a

图3 故障点图b

表3 GIS组合电器微水含量检验报告（测试日期：2013年4月25日）

续表

某水力发电厂GIS投运于2005年6月10日，迄今已运行近9年，其间各气室表压均无变化，显示密封良好，根据微水数据及分解物成分，可以排除因受潮导致的绝缘下降因素。

3.3.2 故障分析一

从打开后的故障点情况看，本次故障为220kV正母线预留母联间隔B相T接处屏蔽罩对外壳放电，中间介质为SF6气体，支撑绝缘子（图中圆孔背面即为支撑绝缘子）无放电痕迹，可确认放电通道是异物造成的。

3.3.3 故障分析二

经解体检查，各紧固件无松动现象，触头内部弹簧无松动，回路电阻合格（见表4）。

表4 220kV正母线GIS GM13气室故障部位T接修理前接触电阻试验

从数据情况（见表4）看，基本排除因触头松动造成的接触不良导致故障。

3.3.4 故障分析三

经反复检查，故障气室内找到了少许类似铝异物（见图5和图6）。根据高电压理论，在封闭电场内，金属颗粒在电场作用下能感应电荷，成为带电颗粒，并在电场力的作用下振动、悬浮、飘移；并在电场力的作用沿电场方向排列。故障部位是T形触头，电场分布相对不均，屏蔽罩对地距离相对较短，放电极可能是长期运行，金属颗粒不断振动，并在电场作用下飘移至该处造成的。金属颗粒的来源不确定，可能是出厂时遗留在导管内或触头内，运行中跑出来的。

3.3.5 故障分析四

本次放电点有两处，分别位于T接两侧屏蔽罩端部，以T接为中心对称分布，但两点同时放电的概率很小，基本认定为放电电弧漂移至另一处造成。

3.3.6 故障分析五

从内部检查看制造厂结构设计存在缺陷（见图7和图8），故障处T接固定支持绝缘子用孔洞未设置屏蔽盖封堵，使本处电场更为不均，同时也使该处容易累积杂物。

图5 气室内发现的疑似铝屑的金属颗粒

图6 疑似铝屑的金属颗粒尺寸

图7 疑似存在设计缺陷对比图（一）

图8 疑似存在设计缺陷对比图（二）

4 故障处理

经过以上的分析，为了保证GIS能够尽快投入运行，减少经济损失，同时保证GIS的安全运行，某水力发电厂制定出了以下处理方案，并实施。

（1）与制造厂家一起，对故障原因作进一步分析，同时邀请专家指导、论证，基本确定了故障原因。

（2）与制造厂一起，对故障气室内部进行全面清理，彻底清洁。

（3）拆除B相导体，对各T接接头解体检查，导体及屏蔽罩放电受损部位进行打磨修复。

（4）对GIS外壳内壁放电部位进行打磨修复。

（5）装复后测试故障部位T接各接触电阻（见表5和图9）。

表5 220kV正母线GIS GM13气室故障部位T接修理前接触电阻试验

图9 修复后的故障部位

（6）全部装复，确认无异常后再次清洁气室内所有内表面。

（7）内部处理完毕，经验收合格后，更换密封件，用高纯氮冲洗3遍后按厂家要求抽真空充入SF6气体。

（8）按GB 50150电气装置安装工程电气设备交接试验标准进行气体微水试验（见表6）。

表6 GIS组合电器微水含量检验报告（测试日期：2013年12月13日）

续表

按DL/T 555—2004 气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则要求对220kVGIS正母线进行交流耐压试验（见表7），最高试验电压为出厂耐压值的0.8倍，即368kV，同时请电试院做超声波和超高频局放试验。

表7 220kV正母线GIS交流耐压试验报告

交流耐压前，请电试院对仍运行的220kVGIS付母线各气室进行了超声波、超高频局部放电测量，未发现异常，正母交流耐压时，对正母各气室进行超声波、超高频局部放电测量，B相测试时，非故障气室GM14发现有少量信号，其余气室均未测出（见图10～图17）。

交流耐压试验后，各气室进行分解物测试，结果正常（见表8）。

图10 超声波检测背景

图11 GM14气室B相加压145kV时超声波信号

图12 GM14气室B相145kV保持1min后超声波信号

图13 GM14气室B相升压至252kV时的超声波信号

图14 GM14气室B相加压145kV时超高频信号

图15 GM14气室B相加压252kV时超高频信号a

图16 GM14气室B相加压252kV时超高频信号b

图17 GM14气室B相加压252kV时超高频信号c

表8 220kV正母线GIS耐压试验后各气室SF6分解物测试报告（测试日期：2013年12月13日） ul/l

220kV正母线申请恢复运行，投运成功。

5 建议

（1）对电厂GM14正母气室加强跟踪检测，尽早安排解体检修。

（2）对所有GIS气室开展超声波局放普查工作，并将此工作列入周期工作内容，定期检测。

（3）GIS设备内部结构紧凑，制造及安装工艺控制要求很高，其时遗留的一些隐患和缺陷很难被发现，给设备运行带来较大的风险，超声局放测试对振动信号十分灵敏，因此能够发现内部松动或金属颗粒缺陷。例如对固定螺栓力矩不足，金属焊接点不够深入等情况有较好的测试效果，而且在故障产生初期表现为振动信号时，也只能通过超声手段测出，检查后，对存在隐患的GIS气室尽快安排解体检修。

（4）对所有GIS气室开展GIS设备定期超高频局放检测工作，超高频法局放测试技术是目前国际上对GIS类设备普遍采用的检测技术。通过超高频传感器检测GIS内部放电产生的超高频信号达到发现缺陷的目的，利用超高频传感器测量局部放电会受到设备内部和外部环境的很多干扰，比如手机、无线通讯信号等，现场测试时应排除此类干扰，并且可以在不同时段对同一位置进行测量，以排除干扰信号。通常采用软件智能降噪、加装滤波器、分段排除放电区域等方法进行降噪处理[1]。在诊断需要时，应考虑外接电源同步的影响。

（5）对水平安装的盆式绝缘子处重点检测，对测量出存在隐患的气室尽快安排解体检修。

（6）推广安装GIS超声波，超高频局放在线监测装置，做到设备状态可视化，及时发现早期缺陷。

（7）依靠SF6气体对红外线的强烈吸收特性，采用激光检漏仪进行泄漏检测。

（8）建议厂家改进设计，不断提高制造过程质量控制，确保设备安全稳定运行。

[1] 王风雷．电力设备状态监测新技术应用案例精选．北京：中国电力出版社，2009．

张岳勇（1965—），男，工程师，主要研究方向：发变 电 设 备 运 行。E-mail：yueyong-zhang@sgxy．sgcc．com

姜卫海（1973—），男，高级工程师，主要研究方向：电 气 一 次 设 备 检 修。E-mail：weihai-jiang@sgxy．sgcc．com

GIS Bus Line Processing and Analysis

ZHANG Yueyong， JIANG Weihai
（State Grid Xin Yuan hydropower Co.， Xin’An river hydroelectric power plant，Jiande 311608，China）

This paper introduces the GIS bus line of a hydroelectric power plant， describes the process of fault occurrence， analyzes the causes of failure， and introduces the process of fault analysis.

combined appliance; six sulfur fluoride; fault;insulator; AC voltage withstand test