利用主變感應(yīng)升壓方式對GIS進行交流耐壓試驗

王基清

(云南華電魯?shù)乩娪邢薰?，云?賓川　671211)

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利用主變感應(yīng)升壓方式對GIS進行交流耐壓試驗

王基清

(云南華電魯?shù)乩娪邢薰?，云?賓川671211)

摘要：云南華電魯?shù)乩娪邢薰?5發(fā)電機變壓器組在投產(chǎn)前，零起升壓過程中六氟化硫封閉式組合電器(GIS)發(fā)生擊穿放電，對事故原因進行了分析，通過試驗方案比選，確定處理后的加壓部位和試驗標準。經(jīng)過解體檢查，確認事故直接原因為安裝過程中未嚴格執(zhí)行工藝流程，粉塵異物未能清理徹底，并提出了防范措施。

關(guān)鍵詞：主變壓器；感應(yīng)升壓；封閉式組合電器；交流耐壓試驗；防范措施

1情況概述

云南華電魯?shù)乩娪邢薰?以下簡稱魯?shù)乩姽?地下引水式廠房布置在金沙江右岸，裝有6臺360 MW立軸半傘式水輪發(fā)電機組，機組出口設(shè)有斷路器，發(fā)電機與主變壓器采用聯(lián)合單元接線，經(jīng)地下六氟化硫封閉式組合電器(GIS)與交聯(lián)電纜引接至地面GIS，采用500 kV一級電壓接入云南電網(wǎng)，在滿足云南電力需求的同時，還參與“云電外送”。主接線采用3/2斷路器接線。地下GIS交流耐壓試驗因受場地空間限制，只能在出線平臺加壓，經(jīng)過高壓電纜進行試驗。

2014年7月，#5發(fā)電機投產(chǎn)前，在帶主變壓器零起升壓試驗過程中，機組電壓升至17 kV時，#5主變壓器差動保護動作，跳開#5發(fā)電機051斷路器，發(fā)電機空載運行正常，放電擊穿瞬間伴有強烈的異響，現(xiàn)場檢查時空氣中彌漫著刺鼻異味。對故障錄波圖進行詳細分析，初步判斷故障點在#5主變壓器B相差動保護電流互感器內(nèi)側(cè)。

2處理及試驗

打開#5主變壓器B相高壓側(cè)GIS氣室隔離開關(guān)蓋板，發(fā)現(xiàn)隔離開關(guān)下端盆式絕緣子及導(dǎo)體存在對GIS外殼放電后的碳化痕跡，如圖1所示。對#5發(fā)電機變壓器組(以下簡稱發(fā)變組)單元設(shè)備進行常規(guī)檢查試驗及色譜分析，未發(fā)現(xiàn)異常。

圖1　擊穿故障點

組織項目監(jiān)理、施工、設(shè)計方及GIS、高壓電纜、主變壓器生產(chǎn)廠家代表與魯?shù)乩姽鞠嚓P(guān)人員召開專題會議討論，確定更換該氣室隔離開關(guān)，并進行交流耐壓試驗以檢驗設(shè)備絕緣性能。

2.1加壓點確定

方案1為在出線平臺外施高壓的方式進行耐壓試驗，如圖2所示。

方案2為利用主變壓器感應(yīng)升壓的方式進行耐壓試驗，如圖3所示。

2.2加壓方案比選

(1)方案1采用出線平臺外施高壓耐壓的方式，其優(yōu)點為主變壓器B相不參與交流耐壓試驗，其缺點為試驗電壓低，高壓電纜重復(fù)耐壓，需向電網(wǎng)申請龍魯線停電，造成非計劃停運，影響龍開口及該電站的送出；需拆、接線路與高壓出線套管之間的過渡連接線，搶修工期長，電網(wǎng)的可靠性降低；需使用汽車吊來搬運試驗設(shè)備，安全風險高。汽車吊租用及電費等合計853.44萬元。

(2)方案2利用主變壓器感應(yīng)升壓的方式進行耐壓試驗，其優(yōu)點為避免非計劃停運，搶修工期短；不需要拆、接引線，安全風險低；當試品擊穿時，擊穿電流小，失去諧振條件，高電壓也立即消失，電弧即刻熄滅，不會出現(xiàn)任何恢復(fù)過電壓，被試品得到有效保護。其缺點為試驗電壓略低；試驗時間短；主變壓器B相重復(fù)耐壓。試驗費用及電費合計291.48萬元。

圖2　出線平臺外施高壓方式

圖3　主變壓器感應(yīng)升壓方式

2.3方案及試驗電壓確定

在費用方面，方案2可間接減小經(jīng)濟損失561.96萬元。

在電壓確定方面，根據(jù)GB 50150—2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準》規(guī)定[1]，安裝交接試驗電壓為出廠試驗電壓值的80%，即80%×740 kV=592 kV。方案1電纜試驗電壓為510 kV，方案2主變壓器感應(yīng)耐壓值為539.8 kV，2個方案的試驗電壓最初均遭到高壓電纜、主變壓器生產(chǎn)廠家的拒絕。

綜合上述2個方案比選，經(jīng)參會人員充分討論及主變壓器廠家的同意，確定采用方案2為最終試驗方案，試驗電壓為476 kV，進行老練凈化試驗。

2.4試驗設(shè)備及被試品參數(shù)

試驗設(shè)備及測量儀器型號參數(shù)見表1，被試品參數(shù)見表2，GIS電容為840 pF。

2.5試驗參數(shù)估算[2]

2.5.1鐵損的估算

表1　試驗設(shè)備及測量儀器型號參數(shù)

{(50/200)×476/317}1.9×76=108.3 kW，

式中：P0為試驗頻率下的鐵損，kW；fn為變壓器額定頻率，50 Hz；fs為試驗設(shè)備的輸出頻率，200 Hz；ks為試驗電壓與額定電壓的比值；P0′為額定頻率下的鐵損，kW；m為系數(shù)，對冷軋硅鋼片取1.6，對熱軋硅鋼片取1.3；n為系數(shù)，對冷軋硅鋼片取1.9，對熱軋硅鋼片取1.8。

2.5.2容性無功功率估算

Qc=ωCU2=2×3.14×200×(5 600+

840)×10-12×(476×103)2÷1 000=

式中：Qc為容性無功功率；ω為試驗時角頻率；C為被試品的電容(由變壓器和GIS的電容量組成)；U為試驗電壓，476 kV。

2.5.3視在功率

根據(jù)計算，勵磁變壓器、補償電抗器額定電壓Ue=35 kV，Us

根據(jù)表1可知，試驗設(shè)備容量為300+1 000+1 050=23 500 (kV·A)，試驗設(shè)備容量大于試驗所需的視在功率，故整套電源裝置完全滿足試驗需要。

2.6隔離開關(guān)更換[3-5]

(1)按照廠家及ZF8-550斷路器安裝工藝要求更換隔離開關(guān)。

(2)支架與地腳螺栓緊固及接地線連接后，手動分、合閘操作隔離開關(guān)和接地開關(guān)，檢查機構(gòu)是否靈活，在合閘位置測量接觸電阻，連接主變壓器高壓套管與GIS導(dǎo)體，測量帶主變壓器繞組的直流電阻，分析比較2個阻值是否與出廠值和安裝值相近。

(3)抽真空，充氣，靜止48 h后，對SF6氣室進行定量檢漏、微水及成分測量，合格后進行交流耐壓試驗。

2.7交流耐壓試驗

試驗接線如圖4所示。圖中：M為電動機；F為發(fā)電機；B為勵磁升壓變壓器；L為補償電抗器；T為主變壓器。

圖4　試驗接線示意

交流耐壓試驗加壓時間順序如圖5所示。

圖5　交流耐壓試驗加壓時間順序

采取以下安全措施。

(1)拉開50056隔離開關(guān)，合上500560接地開關(guān)。

(2)將#5主變壓器B相中性點、高壓側(cè)及GIS段電流互感器二次繞組短路接地，將#5主變壓器高壓側(cè)帶電顯示器進線端短路接地。

(3)拆除#5主變壓器低壓側(cè)軟連接，根據(jù)現(xiàn)場情況布置試驗設(shè)備，選擇額定電流大于400 A的斷路器為試驗電源開關(guān)。

(4)試驗現(xiàn)場設(shè)置安全圍欄，并向外懸掛“止步，高壓危險”標示牌，四周派專人看守。

2.8升壓試驗

試驗負責人檢查確認試驗接線、表計倍率是否滿足試驗要求。預(yù)升壓至50 kV，觀察電壓、電流的變化情況，防止發(fā)生突變現(xiàn)象。緩慢升壓至254 kV電壓，進行老練凈化，時間為10 min，360 kV老練凈化5 min，400 kV繼續(xù)老練凈化1 min，最后升到476 kV進行耐壓試驗1 min。試驗中未發(fā)生電流、電壓突變和擊穿、閃絡(luò)現(xiàn)象,耐壓試驗一次通過，證明設(shè)備絕緣性能良好。

3故障原因分析

設(shè)備返廠后，對隔離開關(guān)進行解體檢查。

(1)打開包裝蓋板，隔離開關(guān)殼體內(nèi)存在白色粉末，用吸塵器、杜邦紙清理內(nèi)部，手動分、合隔離開關(guān)、接地開關(guān)，檢查動靜觸頭對中情況完好。

(2)拆除接地開關(guān)進行檢查，接地開關(guān)裝配符合技術(shù)要求，動觸頭表面摩擦痕跡均勻。

(3)拆除現(xiàn)場放電的盆子，檢查隔離開關(guān)動、靜觸頭接觸良好。

(4)對殼體放電噴濺部位進行清理、檢查，盆子熏黑部位無凹陷、突起，光滑平整。

(5)用杜邦紙蘸取專業(yè)清洗劑清洗盆子，清洗完后盆子表面應(yīng)光滑、干凈，X光探傷試驗合格，清理干凈的盆子在0.3 MPa氣壓下進行740 kV耐壓及局部放電試驗合格。

(6)經(jīng)解體檢查，確認此次放電故障不是因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不當造成。

氣室中如果存在粉塵異物，就有可能發(fā)生絕緣故障。該種原因?qū)е陆^緣故障具有一定的隨機性，并且和粉塵類型有很大關(guān)系。由于裝配時未清潔徹底，運行過程中導(dǎo)體的磨損及振動而產(chǎn)生粉塵異物。粉塵異物在電動力場及氣流場的作用下進行移動，這種移動會破壞設(shè)備的絕緣水平。

試驗范圍存在死區(qū)，主要存在以下錯誤。

(1)本應(yīng)在主變壓器感應(yīng)耐壓試驗和#5，#6主變壓器聯(lián)合單元間隔試驗結(jié)束后，連接主變壓器高壓側(cè)套管與GIS導(dǎo)體，施工方未按照工藝流程施工。

(2)在進行#5，#6主變壓器聯(lián)合單元間隔試驗時，在未斷開主變壓器高壓側(cè)套管與GIS導(dǎo)體的情況下，采用斷開50056隔離開關(guān)的方式隔離主變壓器進行試驗，導(dǎo)致主變壓器高壓側(cè)GIS未進行耐壓試驗。

通過以上分析，造成本次絕緣擊穿的直接原因是安裝過程中未嚴格執(zhí)行工藝流程，粉塵異物未能清理徹底。根本原因是試驗方責任心不強，試驗方法不當，最終導(dǎo)致事故的發(fā)生。

4防范措施

(1)設(shè)計、選型技術(shù)條件必須滿足國家和行業(yè)有關(guān)標準、反事故措施要求及設(shè)備實際運行條件，在滿足有關(guān)標準的前提下，還應(yīng)特別注意與電網(wǎng)間的參數(shù)配合。

(2)加強駐廠監(jiān)造，參與材質(zhì)檢驗、機械性能和出廠電氣性能的質(zhì)量鑒定，在安裝及檢修作業(yè)過程中，加強內(nèi)、外部衛(wèi)生的檢查與監(jiān)管，規(guī)范作業(yè)流程，嚴格按照現(xiàn)場安裝工藝、國家及行業(yè)相關(guān)標準進行調(diào)試、驗收，保證現(xiàn)場設(shè)備安裝合格。

(3)運行中加強設(shè)備巡檢力度，壓力降低時一定要查明原因，不得以隨時補氣代替查找泄漏點，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時處理。定期進行SF6微水、泄漏和分解物含量的測量及密度繼電器校驗，補氣時應(yīng)使用檢驗合格的SF6氣體。

5結(jié)束語

本次事故雖未造成發(fā)變組單元設(shè)備損壞，經(jīng)濟損失較小，未對電網(wǎng)安全運行造成直接影響，但教訓(xùn)是深刻的，在今后的安裝、檢修、缺陷處理過程中必須加強質(zhì)量管控，增強責任意識，嚴格執(zhí)行各項工藝流程，創(chuàng)造條件進行交流耐壓試驗，通過交流耐壓試驗，驗證設(shè)備投運后的絕緣裕度是否滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的要求。

參考文獻：

[1]電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準：GB 50150—2006[S].

[2]李建明，朱康主.高壓電氣設(shè)備試驗方法[M].2版.北京：中國電力出版社，2001.

[3]額定電壓72.5 kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備：GB 7674—2008[S].

[4]六氟化硫電氣設(shè)備中氣體管理和檢測導(dǎo)則：GB/T 8905—2012[S].

[5]電力變壓器 第3部分：絕緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙：GB 1094.3—2003[S].

(本文責編：弋洋)

收稿日期:2015-08-25；修回日期:2016-03-15

中圖分類號：TM 595

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1951(2016)03-0017-04

作者簡介：

王基清(1967—)，男，云南巧家人，助理工程師，從事技術(shù)監(jiān)督管理工作(E-mail:2497627171@qq.com)。