220kV GIS设备隐患排查

冯菁敏

（山东钢铁集团日照有限公司，山东日照 276800）

1 GIS简介

1.1 设备简介

SF6气体绝缘封闭开关设备（Gas Isolated Switchgear，GIS）具有运行安全可靠、结构紧凑、占地面积小、不受环境干扰及安装方便等诸多优点，近年来获得广泛应用，同时其安全稳定运行对整个系统来说至关重要。但GIS也有其固有缺点，GIS是全封闭结构，其断路器、互感器、隔离开关、母线、连接件及出线终端等全部封闭在金属接地的外壳中，在封闭的金属壳体内充有一定压力的SF6气体作为绝缘介质，这就导致一旦GIS设备出现隐患或故障，其隐患排查、故障定位及检修较为困难，且事故发生后平均停电检修时间比非密闭式结构设备长，停电范围大，常涉及到许多非故障元件。

1.2 SF6气体简介

SF6是一种无机化合物，正常情况即常温常压下为无毒、无色、无臭且不燃烧的稳定气体，少量的SF6气体被视为对人体无害，但当其达到一定浓度后，会造成缺氧，出现窒息的风险。

SF6气体的电气绝缘强度很高，在均匀电场中约为空气绝缘强度的2.5倍，而在交流电弧电流过零时，SF6对电弧弧道的冷却作用比空气强得多，其灭弧能力约为空气的100倍。

由于其优良的灭弧性能、绝缘性能及良好的化学稳定性，20世纪60年代中期以来，SF6气体被广泛应用于高压电气设备，例如，高压断路器、GIS等。近年来，随着电气技术的不断发展，SF6气体作为灭弧介质，在超高压及特高压断路器中，已逐渐取代油及压缩空气，成为主要的绝缘介质。

2 GIS设备隐患排查步骤

由于GIS隐患十分隐蔽，通常无法直接观察到隐患发生的部位及隐患类型，排查隐患时间较长。要想缩短隐患排查时间，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隐患排查步骤，做到在GIS发生隐患之后在最短时间内，确定隐患原因、隐患气室及隐患严重程度等信息，提高设备的检修效率。根据日常的运维检修经验，在保护未动作情况下，GIS隐患排查步骤如下。

（1）检查GIS一次设备外观。GIS存在隐患时，由于GIS全封闭结构使得隐患较为隐蔽，设备外壳温度和形状通常都不会发生变化。

（2）对可能的隐患气室进行SF6气体组分试验。找出SF6气体组分超标的气室，并根据不同隐患气体组分含量的不同，初步判断隐患类型，确定隐患气室。

（3）分段对出现隐患的母线进行回路电阻测试，确定隐患气室，为下一步的解体检查确定方向。

（4）解体检查。确定隐患气室之后，为进一步确定隐患点和隐患类型，需要对隐患气室进行解体检查。明确隐患原因之后，可以安排对隐患气室或隐患点进行更换以及返厂大修。

3 回路电阻试验

3.1 试验目的

回路电阻试验是GIS出厂交接、检修验收及日常维护中一个非常重要的项目。由于GIS设备的特殊性及密闭性，日常点检维护中，作业人员无法直接通过观察设备外观判断是否发生隐患，甚至使用专业红外测温仪也难以进行检测。

回路电阻试验的目的是检查GIS安装质量是否合格，回路是否完整，触头接触情况是否良好。同时试验还可发现GIS设备在运行中由于机械松动等原因产生的接触不良缺陷，避免因接触不良而导致事故，该试验是保证设备安全稳定运行的重要手段。

3.2 原理

回路电阻试验的基本原理是欧姆定律，通常采用四线制接线即电流电压测量方法。这种测量方法也可在大电流（100A及以上）工作条件下消除测量引线电阻的影响，提高测量的精度。

回路电阻试验一般由高频开关电源输出100A或更大的电流，将测试电流施加于被测设备的两端。由于GIS设备接地开关的接地侧及外壳一般是绝缘的，通过活动接地片或软连接将GIS金属外壳接地，因此在GIS设备回路电阻试验中，通常将活动接地片或软连接打开，利用回路上的两组接地开关进行回路的测量。将采样电路采集到的压降模拟信号，经过前置放大器放大后，由A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，再经微处理器对数据进行滤波、运算及处理，最终得到回路电阻值。

3.3 注意事项

（1）测量时应注意避免引线和接触方式的影响，应注意测量电压的导线要接在被测回路电阻两端，测量电流的导线应接在电压线外侧，接线良好。

（2）如测试结果GIS主回路电阻增大或超过标准值，可将GIS中的断路器及隔离开关进行数次电动合闸后再进行测试。若测试值仍很大，则应分段测试（根据情况可利用GIS的活动接地片、隔离开关、断路器等的分合状态进行分段测试），以确定接触不良的部位，并通知安装或检修人员进行处理。

（3）在测量回路中若有CT（电流互感器）串入，应将CT二次进行短路，防止保护误动。

（4）测试时，电流测量回路严禁开路，开关不能分闸。

（5）GIS回路电阻试验需注意防止产生测试电流的分流情况，特别是在运行设备停电时进行回路电阻测量。例如，一些与测量无关的刀闸、开关在没有分开的情况下与母线等设备构成测试电流的分支回路，以及被测试设备上固定的接地线或接地刀闸的引出端对地绝缘不良等原因，会造成测试电流通过大地产生分支回路。

3.4 试验步骤

（1）用GIS内部隔离开关将被测部位进行隔离，用接地开关将GIS被测部位接地放电。

（2）将要测试的GIS断路器及隔离开关电动合闸。可利用进出线套管注入电流进行测量，根据被测GIS的结构，在母线较长并且有多路出线的情况下，应尽可能分段测量，以有效找到缺陷部位。

（3）目前生产的GIS接地开关的接地侧与外壳一般是绝缘的，通过活动接地片或软连接将GIS金属外壳接地。测试时可将活动接地片或软连接打开，利用回路上的两组接地开关进行待测回路电阻的测量。

（4）检查测试接线，接线应良好。

（5）接通仪器电源，调整测试电流不小于100A（回路电阻测试仪有的可自动稳定在100A，不需要调节），电流稳定后读出回路电阻值。如发现GIS主回路电阻三相不平衡或超过标准值，可分段查找，进行隐患处理。

（6）测试结束后，恢复GIS断路器、隔离开关、接地开关、接地连接片或软连接。

3.5 测试标准及要求

检修或交接验收时，回路电阻试验结果数值参照厂家规定，例如，GIS中断路器回路电阻试验结果数值一般不大于厂家规定值的120%。

回路电阻试验结果数值不仅要与厂家规定的数值比较，还应与之前历次试验结果比较。注意观察试验结果的发展趋势，由此判断最易发生隐患或故障的气室。同时在进行回路电阻试验时，也应比较相同起始位置三相的试验结果，三相的试验结果应相近且不超过允许值。测试前应先将断路器及隔离开关分合几次，目的是清除触头表面金属氧化膜的影响。当发现回路电阻三相不平衡或超过标准值时，可以采取分段测试，从而确定隐患的具体部位，进行隐患处理。

4 实例分析

4.1 情况介绍

某公司220kV变电站为双母线双分段结构，其部分运行接线方式如图1所示。GIS布置情况由左至右依次为E01 220kV #1主变201间隔、E02母联一200A间隔、E03铸铁线211间隔、E04山铁线212间隔、E05 220kV 2APT Y22A间隔、E06 220kV 1APT Y21A间隔、E07铁钢线213间隔、E08 220kV #2主变202间隔、E09分段一21F间隔、E10分段二22F间隔。

图1 某220kV变电站运行接线方式

4.2 停电

为安全可靠地排查隐患所在气室，确定隐患类型，首先调整母线运行方式。隐患排查期间，220kV #1A、#1B、#2A母线由运行转检修；#1主变201开关转检修（中、低压侧保持运行）；#2主变由运行转检修；为保证供电可靠性，降低风险，其他变电站均参与负荷平衡。

4.3 隐患描述

2021年8月4日，在操作铁钢线过程中发现220kV变电站#1A母线C相电流有偏差，三相电流不平衡。对#1A母线三相进行回路电阻测试。

对220kV #1A母线A、B、C三相进行200A-D6至21F-1A-D1回路电阻测试。首先将母联一200A间隔分200A-D5、合200A-1、200A，220kV #1A母线C相第1次回路电阻测试，将母联一200A间隔200A-1分合1次，回路电阻为950μΩ；220kV #1A母线C相第2次回路电阻测试，将母联一200A间隔200A-D5分合1次，回路电阻为960μΩ；220kV #1A母线C相第3次回路电阻测试，将母联一200A间隔200A分合1次，回路电阻为960μΩ；同理对A相、B相分别进行回路电阻试验，试验数据为298μΩ与296μΩ。通过上述5次试验结果可见，220kV #1A母线A、B、C三相电阻不平衡，且C相阻值较大，排除隔离开关、地刀、断路器问题，判断C相母线可能存在问题。试验对比数据见表1。

表1 母线三相回路电阻测试数据

5 隐患判断与检测

5.1 初步判断

5.1.1 GIS气室SF6气体分解产物检测

经过SF6气体组分试验并未确定隐患气室，判断未发生放电闪络或轻微放电。

5.1.2 回路电阻测试分段分析

随即分段对220kV #1A母线C相进行回路电阻测试。将铁钢线213间隔合213-D5、213开关、213-1刀闸，220kV #1A母线C相200A-D6至213-D5回路电阻第1次测 试 数据 为1000μΩ；220kV #1A母 线C相200A-D6至213-D5回路电阻第二次测试数据为992μΩ；220kV #1A母线C相213-D5至21F-1A-D1回路电阻第一次测试数据为200μΩ。

通过上述3次分段试验，数据结果排除220kV#1A母线C相213-D5至21F-1A-D1段异常。

将 山 铁 线212间 隔 合212-D5、212开 关、212-1，220kV #1A母 线C相212-D5至213-D5回 路 电 阻 第1次测试数据为963μΩ；220kV #1A母线B相212-D5至213-D5回路电阻第1次测试数据为258μΩ。

随后将山铁线212间隔分212开关，通过此两次分段试验，数据结果排除220kV #1A母线B相异常。试验对比数据见表2。

表2 母线回路电阻测试数据

经测试，判定1APT Y21A间隔与铁钢线213间隔之间电阻值大于正常值，需拆开检查。

5.2 解体检查

通过分析，对隐患发生的部位进行了确定，为解体分析提供了明确的方向。为进一步确定隐患类型及正确排查隐患，对1APT间隔Y21A C相G1气室进行解体检查。对1APT Y21A间隔G1气室及相邻气室回收气体，拆除1APT G1气室盖板、Y21A刀闸C相母线G1气室小盖板，压缩1APT与铁钢线间隔之间的母线伸缩节，闻到刺鼻的臭鸡蛋气味。

对解体气室再次进行回路电阻测试，1APT C相Y21A电极至213-D5回路电阻测试数据为625μΩ；1APT C相Y21A母线导体至213-D5回路电阻测试数据为124μΩ；1APTC相Y21A母线至铁钢线213间隔213-D5回路电阻测试数据为128.8μΩ。

由此判定电阻异常位置为Y21A母线导体与触座（电极）连接处。试验对比数据见表3。

表3 母线C相回路电阻复测数据

图2为1APT Y21A触座（电极）与1APT Y21A母线导体连接处，即隐患发生部位。

图2 隐患部位

拆除1APT与铁钢线间隔之间的中间母线组件，清理被拆除的中间母线及套管。拆解发现母线触座处有轻微放电痕迹并存在少量SF6气体分解产物。放电原因为1APT间隔Y21A C相G1气室母线触座未安装表带触指簧片，导致电阻增大，造成三相电流不平衡。

图3 母线触座

拆解母线组件，安装表带触指簧片后测量母线电阻恢复正常值，与其他两相趋于平衡。复测#1A母线三相回路电阻，隐患排查后进行微水检漏、耐压试验等，验收合格后恢复送电。#1A母线三相回路电阻复测对比数据见表4。

表4 三相回路电阻复测数据

6 结束语

近年来随着GIS的广泛应用，隐患及故障也时有发生，隐患排查及故障解决难度较大且停电检修时间较长，常常涉及许多非故障元件。此次隐患是由于厂家在安装过程中触座未安装表带触指簧片，导致导体接触不良，从而造成三相电流不平衡。若没有及时准确进行隐患排查，GIS设备相当于“带病运行”，会造成非常严重的后果。在今后的GIS设备建设与安装中应认真仔细，避免此类事情发生。