一起 220 kV GIS設(shè)備發(fā)展性故障的分析

趙玉新，崔 巖

(1.國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院，天津 300384；2.國網(wǎng)天津市電力公司檢修公司，天津 300000)

0 引言

GIS變電站是電力系統(tǒng)的重要樞紐，GIS電氣設(shè)備已成為我國乃至全球變電設(shè)備發(fā)展的主流。在大量GIS變電站投入的情況下，保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行成為時(shí)下急需解決的重大問題。但是由于GIS內(nèi)部主要設(shè)備大多沒有故障自恢復(fù)能力，且其故障點(diǎn)也不如敞開式變電站直觀，查找較為困難，往往給事故分析帶來一定的難度。正確利用繼電保護(hù)動(dòng)作信息，快速判斷故障點(diǎn)，對(duì)于保障系統(tǒng)安全運(yùn)行有重要意義。

1 事件概述

某日，某新建220 kV變電站送電，在母線充電時(shí)發(fā)生C相母線單相接地故障，5甲、5乙母線4套母差保護(hù)裝置均動(dòng)作，2255、2245甲、2215斷路器跳開。其故障前的運(yùn)行方式如圖1所示。

1.1 故障前運(yùn)行方式

該變電站采用雙母線雙分段接線形式。故障前，該變電站2244合、2255合、2245甲合、2245乙分、2215合，2215線路接220 kV-5甲母線。

圖1 故障前運(yùn)行方式和母差保護(hù)范圍示意

1.2 保護(hù)配置

根據(jù)主接線方式，220 kV 4段母線保護(hù)配置如下：220 kV-4甲、220 kV-5甲2段母線配置2套母差保護(hù)(簡(jiǎn)稱甲母差保護(hù))，220 kV-4乙、220 kV-5乙2段母線配置2套保護(hù)(簡(jiǎn)稱乙母差保護(hù))。甲(乙)母差保護(hù)采用長(zhǎng)園深瑞B(yǎng)P-2B型母差保護(hù)和國電南自SGB-750型母差保護(hù)，構(gòu)成雙重化配置。2244，2255斷路器各配置2個(gè)保護(hù)用電流互感器TA 1和TA 2，接斷路器兩側(cè)，用以消除母差保護(hù)死區(qū)(TA 1為甲母差保護(hù)用，TA 2為乙母差保護(hù)用)。甲、乙母差保護(hù)的保護(hù)范圍如圖1所示。

2 繼電保護(hù)信息分析

在GIS組合電器中，斷路器、隔離開關(guān)、流變、壓變等一次設(shè)備安裝在密閉的金屬筒內(nèi)，利用互不相通的氣室隔離，內(nèi)部充滿SF6氣體。這種設(shè)備發(fā)生故障后，無法從站內(nèi)電氣一次設(shè)備外觀上直接觀察故障點(diǎn)。因此，應(yīng)根據(jù)保護(hù)動(dòng)作情況、故障錄波等進(jìn)行分析和判斷故障類型及故障位置。

2.1 保護(hù)動(dòng)作情況

從保護(hù)動(dòng)作情況(見表1)可知，故障持續(xù)60 m s左右，5甲、5乙母線的2套母差保護(hù)均動(dòng)作，連接在母線上的斷路器均動(dòng)作跳閘。根據(jù)母差保護(hù)配置原則和圖1母差保護(hù)范圍，甲母差保護(hù)判斷為5甲母故障，乙母差保護(hù)判斷為5乙母故障，故可以初步判斷故障點(diǎn)位于5甲、5乙母差保護(hù)的重疊區(qū)，即GIS的C相2255斷路器及其兩側(cè)的電流互感器的氣室內(nèi)。

表1 動(dòng)作情況

2.2 保護(hù)錄波圖分析

2.2.1 甲母差保護(hù)錄波圖

圖2中Ic-3為2255甲母差保護(hù)用TA 1電流，圖3中Idc為母差C相差動(dòng)電流，Irc為母差C相制動(dòng)電流。

從圖2可知：2255TA 1故障初期的30 m s內(nèi)無電流，即此時(shí)故障電流未流經(jīng)TA 1；而30 ms至60 ms之間TA 1有電流，則說明此時(shí)故障發(fā)生了變化，為貫穿性故障電流。從圖3可知：故障初期30 m s內(nèi)，母差保護(hù)即感受到差動(dòng)電流，制動(dòng)電流較小，屬于明顯的母差保護(hù)范圍內(nèi)故障特征，此時(shí)故障電流入地點(diǎn)在甲母差保護(hù)范圍內(nèi)；而30 ms后差流基本消失，制動(dòng)電流逐漸增大，屬于明顯的母差保護(hù)范圍外故障特征，此時(shí)故障電流入地點(diǎn)基本在甲母差保護(hù)范圍外。

圖2 SGB750甲母差保護(hù)錄波

圖3 BP2B甲母差保護(hù)錄波

2.2.2 乙母差保護(hù)錄波圖

從圖4和圖5可知：在故障持續(xù)的60 ms內(nèi)，故障點(diǎn)一直處于乙母差保護(hù)范圍內(nèi)，且流經(jīng)2255斷路器乙母線保護(hù)用TA 2的電流大小、母差保護(hù)差動(dòng)電流、制動(dòng)電流基本保持不變。由此可以推斷，這2個(gè)故障點(diǎn)之間的電氣距離很近。

圖4 SGB750乙母差保護(hù)錄波

綜合上述母差保護(hù)錄波圖分析，基本可以判斷故障點(diǎn)位于2255斷路器乙母線側(cè)TA 1間隔C相內(nèi)，且故障電流前30ms在TA 1下側(cè)(2255斷路器側(cè))入地，后30 ms主要在TA 1上側(cè)(2255-5乙刀閘側(cè))入地。故障點(diǎn)示意圖如圖6所示。

圖5 BP2B乙母差保護(hù)錄波

圖6 故障點(diǎn)示意

3 檢查驗(yàn)證

3.1 故障點(diǎn)位置定位

對(duì)220 kV-5甲、220 kV-5乙母線進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。在對(duì)220 kV-5乙母線加壓至68 kV時(shí)，2255-5乙間隔C相GIS內(nèi)部開始放電，同時(shí)對(duì)2255間隔C相進(jìn)行放電定位。

通過放電定位試驗(yàn)，確認(rèn)放電位置在2255-5乙母線側(cè)TA 1氣室內(nèi)。

3.2 解體檢查

對(duì)該間隔2255-5乙氣室及TA 1氣室進(jìn)行解體檢查。查明放電起始位置為TA 1氣室下端絕緣盆處，如圖7所示。此處有明顯強(qiáng)烈放電痕跡并存在大量SF6氣體分解產(chǎn)物。

圖8為電弧向上發(fā)展過程中電弧的高溫作用造成的導(dǎo)體融化所產(chǎn)生的痕跡。

通過耐壓定位和解體情況分析，確認(rèn)接地故障點(diǎn)在2255C相斷路器5乙母線側(cè)的TA 1斷路器側(cè)；并由于電弧的發(fā)展，接地故障點(diǎn)上移至TA 1的另一側(cè)，從而也驗(yàn)證了繼電保護(hù)信息分析的正確性。

圖7 放電起始位置

圖8 電弧向上發(fā)展過程的痕跡

4 結(jié)束語

由于GIS設(shè)備故障的隱蔽性，不能從外觀上直接觀察故障點(diǎn)，給故障查找、消除造成一定困難。GIS設(shè)備故障時(shí)，如果能充分利用繼電保護(hù)系統(tǒng)信息，對(duì)保護(hù)動(dòng)作情況、故障錄波等加以分析，對(duì)于明確故障類型，快速定位故障位置，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的意義。

1 韓玉倚．110 kV GIS設(shè)備故障原因分析[J]．電力安全技術(shù)，2011，13(9)：32-33．