換流站GIS 設(shè)備出線套管支架發(fā)熱分析

龍方宇，邱凱，陳禾，彭翔，金輝，許毅，楊棟

(超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心，廣州 510663)

0 前言

某換流站550 kV GIS 設(shè)備發(fā)生多起GIS 出線套管接地銅排螺栓以及套管法蘭固定螺栓發(fā)熱缺陷，影響了設(shè)備正常運(yùn)行。

1 GIS 設(shè)備接地結(jié)構(gòu)

1.1 外殼接地方式

GIS 設(shè)備外殼接地方式主要分為兩種:一點(diǎn)接地方式和多點(diǎn)接地方式。

1.1.1 一點(diǎn)接地方式

將GIS 相鄰段外殼相互絕緣(法蘭處絕緣連接)，每段外殼進(jìn)行單點(diǎn)接地(一般選取每段外殼端部為接地點(diǎn))。采用一點(diǎn)接地方式，GIS 外殼中不會(huì)有明顯的感應(yīng)電流流過(guò)，外殼溫升較低，損耗較小。但在短路故障時(shí)，每段外殼非接地端產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)較高，外界磁場(chǎng)也較強(qiáng)，可靠性較差。

1.1.2 多點(diǎn)接地

將GIS 相鄰段外殼金屬相連(法蘭處用導(dǎo)電螺栓連接)，并將每段GIS 外殼單點(diǎn)接地。采用多點(diǎn)接地方式，GIS 外部磁通少，感應(yīng)過(guò)電壓較低，且施工簡(jiǎn)單方便，可靠性及安全性較高。根據(jù)技術(shù)協(xié)議書(shū)要求，換流站GIS 設(shè)備外殼接地采用多點(diǎn)接地方式。

1.2 套管出線處接地結(jié)構(gòu)

GIS 出線套管處外殼與接地鋁排相連，通過(guò)接地銅排引到支架下部與接地扁銅連接，接地銅排固定在支架上，并對(duì)銅排進(jìn)行鍍錫防腐蝕處理。

設(shè)計(jì)GIS 接地時(shí)，一般要開(kāi)展專(zhuān)題校驗(yàn)工作，校驗(yàn)內(nèi)容包括:

1)在正常運(yùn)行和短路情況下，計(jì)算分析外殼各接地點(diǎn)的感應(yīng)電壓，并對(duì)接地點(diǎn)可能產(chǎn)生的最大感應(yīng)電壓的安全性進(jìn)行校核;

2)對(duì)站內(nèi)可能出現(xiàn)的對(duì)地短路情況進(jìn)行研究，計(jì)算最大短路電流情況下接地線、三相外殼短接排上流過(guò)的短路電流，并校核其熱穩(wěn)定性。

2 發(fā)熱部位

2.1 發(fā)熱點(diǎn)位置

GIS 設(shè)備套管支架處存在發(fā)熱現(xiàn)象，發(fā)熱點(diǎn)主要在GIS 出線套管接地銅排固定螺栓以及套管法蘭固定螺栓處。

2.2 電流測(cè)試結(jié)果

使用鉗形電流表對(duì)GIS 出線套管接地扁銅處電流進(jìn)行了測(cè)量。受支架分流影響，感應(yīng)電流測(cè)試結(jié)果與測(cè)試位置有關(guān)，最大值應(yīng)該在套管根部鋁排處，扁銅處測(cè)得的電流是最小的，中間存在銅排與支架間的分流。但由于接地鋁排距帶電部位較近、所用鉗表開(kāi)口小于接地銅排寬度等情況，只在接地扁銅處進(jìn)行了電流測(cè)試。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料和其他工程的實(shí)測(cè)結(jié)果，由負(fù)荷電流在外殼上所感應(yīng)的電流理論上可達(dá)負(fù)荷電流的80%，換流站GIS 換流變進(jìn)線處負(fù)荷最大時(shí)電流值約2 000 A，接地扁銅處實(shí)際測(cè)量結(jié)果最大為624 A，為負(fù)荷電流的31%。感應(yīng)電流大小與GIS 導(dǎo)體和外殼長(zhǎng)度有關(guān)，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，感應(yīng)電流越大，此外還與支架分流大小有關(guān)。

3 原因分析

當(dāng)負(fù)荷電流流過(guò)導(dǎo)桿時(shí)，會(huì)在導(dǎo)桿周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)。GIS 設(shè)備外殼與導(dǎo)桿之間的距離較小，會(huì)在外殼上感應(yīng)出較強(qiáng)的電動(dòng)勢(shì)。由于外殼采用多點(diǎn)接地方式，感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)會(huì)在外殼、接地銅排之間產(chǎn)生較大的電流。根據(jù)楞次效應(yīng)可知，產(chǎn)生電流的方向與導(dǎo)桿中電流的方向相反，從而產(chǎn)生反向磁場(chǎng)削弱原磁場(chǎng)。如圖1 所示。

圖1 GIS 單相封閉設(shè)備環(huán)流產(chǎn)生示意圖

GIS 設(shè)備在三相間設(shè)置匯流銅排將外殼短接，因而三相外殼的感應(yīng)電流相互抵消，如圖2、3所示:

圖2 三相感應(yīng)電流相互抵消示意圖

圖3 匯流排安裝示意圖

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，支架接地銅排上未按照設(shè)計(jì)要求安裝匯流排，接地銅排通過(guò)接地扁銅與地網(wǎng)相連，導(dǎo)致單相感應(yīng)電流流經(jīng)構(gòu)架，直接流入地網(wǎng)。

3.1 接地銅排固定螺栓發(fā)熱

當(dāng)感應(yīng)電流流經(jīng)螺栓處時(shí)向支架分流，若固定螺栓接觸不良，則會(huì)導(dǎo)致接觸電阻較大，從而產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象。同時(shí)，由于螺栓為鐵質(zhì)螺栓，螺栓材質(zhì)對(duì)發(fā)熱情況也有一定影響。

換流站將GIS 出線套管接地銅排固定螺栓更換為不銹鋼螺栓，并對(duì)所有螺栓進(jìn)行了緊固工作。設(shè)備運(yùn)行后，進(jìn)行了紅外測(cè)溫試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)，僅有部分原先的發(fā)熱點(diǎn)不再發(fā)熱。但鉗形電流表對(duì)GIS 出線套管接地扁銅處電流測(cè)量數(shù)據(jù)表明，電流較之前沒(méi)有明顯減小趨勢(shì)。說(shuō)明固定螺栓接觸不良及固定螺栓的材質(zhì)并不是導(dǎo)致發(fā)熱的主要原因。

3.2 法蘭固定螺栓發(fā)熱

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，GIS 外殼在套管出線處引出的鋁排與接地銅排連接處未安裝銅鋁復(fù)合墊，銅和鋁直接接觸會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，使接觸面電阻增加。當(dāng)感應(yīng)電流經(jīng)此處時(shí)，由于銅鋁接觸部位接觸電阻較大，增大了接地回路的電阻值，法蘭固定螺栓處分流進(jìn)一步加大，導(dǎo)致了發(fā)熱的產(chǎn)生。

同時(shí)，未安裝銅鋁復(fù)合墊，也加劇了GIS 出線套管接地銅排固定螺栓的發(fā)熱情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

1)該換流站GIS 出線套管處支架發(fā)熱的直接原因是由于發(fā)熱部位流過(guò)較大電流，根本原因是由于安裝時(shí)未按照設(shè)計(jì)要求在三相間安裝匯流排。

2)未按照設(shè)計(jì)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求安裝銅鋁復(fù)合墊，加劇了發(fā)熱缺陷的嚴(yán)重程度。

［1］駱桂英，韓杰.GIS 出線套管下部連接螺栓發(fā)熱分析與處理［J］.浙江電力，2008，27 (6).

［2］魏春林，王勇.220KV GIS 外殼感應(yīng)電流和相關(guān)發(fā)熱故障處理［J］.電工技術(shù)，2010，4.

［3］馮越瓊.GIS 接地問(wèn)題的探討［J］.廣東輸電與變電技術(shù)，2006，5.