一起GIL單相永久接地故障范圍分析

王 升

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051)

氣體絕緣金屬封閉輸電線路(Gas Insulated Metal Enclosed Transmission Line,GIL)作為一種新型的輸電線路，具有輸電容量大、損耗小、占地少、布置靈活、可靠性高、免維護、壽命長、與環(huán)境相互影響小等優(yōu)點，采用GIL可解決特殊氣象環(huán)境或特殊地段的輸電線路架設(shè)問題，通過合理規(guī)劃和設(shè)計，不但可以大大降低系統(tǒng)造價，而且也能提高系統(tǒng)的可靠性，因此GIL越來越多的在大型水電站中得到應(yīng)用[1]。GIL在大型水電站中通常作為地下廠房GIS開關(guān)站和廠外架空線之間的連接，其繼電保護范圍一般包含在線路保護范圍內(nèi)，未對其單獨配置繼電保護裝置，因此GIL發(fā)生單相接地故障時，線路保護裝置會啟動跳開相應(yīng)的線路開關(guān)，故障測距為0 km[2]。如果僅參考線路保護裝置、行波測距和故障錄波裝置的故障測距數(shù)據(jù)，是不能判斷故障點是在廠內(nèi)GIS及GIL設(shè)備，還是廠外出線場附近架空線路。若故障范圍不能確定，則影響線路是否具備試送和線路開關(guān)是否具備合環(huán)運行的判斷。

錦屏一級水電站500 kV一次設(shè)備主接線采用3串三分之四斷路器接線，共有6臺發(fā)變組和3回出線，3回出線經(jīng)廠內(nèi)GIS接出后，采用GIL送至廠外出線場，再由500 kV架空線路送至82 km外的換流站。本文針對該水電站內(nèi)500 kV GIL曾發(fā)生的一起短路接地故障，利用線路保護、故障錄波和穩(wěn)控裝置所測得的故障電流，結(jié)合500 kV保護配置圖來綜合判斷故障范圍，為后續(xù)事故處理提供重要參考。

1 系統(tǒng)配置

站內(nèi)每條線路的線路保護共配置2套，每套線路保護配置1套南瑞RCS-985GMV超高壓線路電流差動保護裝置和1套RCS-925G過電壓保護及故障啟動裝置。2套保護配置完全獨立，保護裝置采集的線路電流為2個線路開關(guān)靠母線側(cè)的CT電流。

站內(nèi)500 kV GIS系統(tǒng)配置1套故障錄波裝置，選用ZH-5嵌入式電力故障錄波分析裝置。該裝置能記錄500 kV系統(tǒng)故障全過程的信息和數(shù)據(jù)，并進行計算處理。該裝置能進行電流、電壓幅值、峰值、有效值、頻率計算；有功、無功功率計算；具有連續(xù)監(jiān)視500 kV線路故障和系統(tǒng)振蕩的能力。故障錄波裝置測量的線路電流取自線路開關(guān)和線路刀閘之間的線路短引線上的CT。

線路開關(guān)和線路刀閘之間的線路短引線接線圖如圖1所示。

圖1 線路短引線接線圖

站內(nèi)的穩(wěn)控裝置采用雙重化配置，均為南瑞SCS-500型穩(wěn)控裝置，2套裝置功能完全相同、相互獨立。穩(wěn)控裝置主要監(jiān)測線路、母線和發(fā)變組的運行情況，識別系統(tǒng)運行方式，進行故障判別，并按策略表執(zhí)行相應(yīng)的控制措施，以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。穩(wěn)控裝置測量的線路電流取自線路刀閘外側(cè)出線CT。線路刀閘至廠外架空線路之間的線路GIL接線圖如圖2所示。

2 故障現(xiàn)象

錦屏一級水電站曾發(fā)生過一起GIL單相短路接地故障，故障發(fā)生后線路保護動作且啟動重合閘，跳開故障相線路開關(guān)，開關(guān)重合于故障后溝通三跳，跳開故障線路開關(guān)三相。經(jīng)檢查，線路保護裝置測距結(jié)果為0 km，故障電流為5.78 A(二次值)。行波測距裝置單端測距結(jié)果為故障點距離換流站82.588 km(即距離本站0.662 km)[3]。

接地故障發(fā)生后故障錄波裝置啟動，啟動原因為分相電流差動保護動作，故障錄波測量故障位置為0.059 km，查看故障錄波裝置屏上顯示的故障電流如圖3所示[4]。

從線路保護裝置、行波測距裝置和故障錄波裝置的測距結(jié)果看故障點在電站側(cè)附近，但無法確定是廠內(nèi)GIL還是廠外架空線路。

圖2 線路GIL接線圖

圖3 故障時故障錄波線路電流

GIL單相永久接地故障時，故障線路跳閘，穩(wěn)控裝置同時也會發(fā)出運行方式異常告警，并記錄故障線路的電流，穩(wěn)控裝置上顯示的故障電流如圖4所示[5]。

圖4 故障時穩(wěn)控裝置線路電流

3 故障分析

根據(jù)錦屏一級水電站500 kV一次設(shè)備主接線圖，當(dāng)發(fā)生線路單相永久接地故障，且故障測距為0 km，則故障點可能在以下三個位置：

1)線路開關(guān)至線路刀閘之間的短引線；

2)線路刀閘至出線場的GIL；

3)出線場附件的架空線路。

對上述三個故障點的詳細分析如下。

1)線路開關(guān)至線路刀閘之間的短引線。如果故障點在線路開關(guān)到線路刀閘之間的線路短引線上，由圖1可知，對于線路保護和故障錄波裝置的CT回路而言，線路保護裝置CT測量的電流為本側(cè)母線給故障點直接提供的故障電流，而故障錄波裝置所測量電流為換流站通過線路(存在線路阻抗)提供的故障電流，因此線路保護裝置所測量電流會大于故障錄波裝置所測量電流。

2)線路刀閘至出線場的GIL。如果故障點在線路刀閘至出線場的GIL上，由圖2可知，對于故障錄波裝置和穩(wěn)控裝置的CT回路而言，由于故障錄波裝置所測量電流為本側(cè)母線給故障點直接提供的故障電流，而穩(wěn)控裝置所測量電流為換流站通過線路(存在線路阻抗)提供的故障電流，因此故障錄波所測量電流會大于穩(wěn)控裝置所測量電流。

3)出線場附近的架空線路。如果故障點在出線場附近的架空線路上，則對于穩(wěn)控裝置和故障錄波裝置的CT回路而言，該電流為穿越性電流，兩組CT所測量電流應(yīng)相同。

4 結(jié) 語

在此次GIL單相永久接地故障后，線路保護裝置測量的故障電流換算成一次值為23 120 A(變比為4 000∶1)。故障錄波裝置測量的故障電流為24 472 A。穩(wěn)控裝置所測量最大電流僅為6 480 A。

根據(jù)以上的分析，對比這三個故障電流值可知，故障情況與上述的第二種情況相同，因此可以確定故障點在線路刀閘至出線場的GIL上。最后經(jīng)過對故障相GIL用內(nèi)窺鏡檢查，發(fā)現(xiàn)GIL內(nèi)部確實存在放電痕跡。

因此，當(dāng)廠內(nèi)GIL發(fā)生接地故障時，線路保護動作跳開故障線路，但是無法通過線路保護裝置和行波測距結(jié)果判斷故障范圍。此時可以通過對比線路保護裝置、故障錄波裝置和穩(wěn)控裝置的故障電流來確定故障范圍，從而為線路開關(guān)是否具備合環(huán)運行和線路是否具備試送條件提供依據(jù)。