一起110 kV GIS電流互感器氣室內(nèi)部發(fā)熱故障分析

段 輝 ，顏廷利 ，王 偉 ，趙全富 ，韓 明

（1.國網(wǎng)山東省電力公司萊蕪供電公司，山東 萊蕪 271100；2.國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，山東 濟(jì)南 250021）

0 引言

氣體絕緣組合電器（GIS）由于占地空間小、運(yùn)行可靠性高、檢修周期長、運(yùn)輸安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)60年代起被廣泛應(yīng)用［1-3］。隨著GIS設(shè)備運(yùn)行年限的日益增長，各類故障逐漸增多。由于全封閉結(jié)構(gòu)，如果GIS出現(xiàn)故障，修復(fù)更為復(fù)雜，一般需要至少10天才能恢復(fù)運(yùn)行。近年來，由發(fā)熱引起的設(shè)備故障屢見不鮮，已造成多起設(shè)備停運(yùn)甚至爆炸等事故。因此加強(qiáng)GIS設(shè)備發(fā)熱故障的檢測與分析具有重要意義［4-7］。

針對某變電站GIS設(shè)備110 kV電流互感器氣室內(nèi)部發(fā)熱現(xiàn)象，結(jié)合設(shè)備自身結(jié)構(gòu)和其他帶電檢測手段綜合分析，初步判斷二次回路開路是導(dǎo)致該電流互感器發(fā)熱的原因，并停電檢查進(jìn)行驗證。本文旨在通過分析一起GIS電流互感器氣室內(nèi)部發(fā)熱的案例，探究導(dǎo)致GIS電流互感器內(nèi)部發(fā)熱與設(shè)備故障原因的典型關(guān)系，從而為提高GIS狀態(tài)檢修水平提供一定技術(shù)支持。

1 變電站及設(shè)備基本情況

某110 kV變電站2012年12月投入運(yùn)行，該站共有5個110 kV GIS設(shè)備間隔，型號為ZF10-126，2012年4月出廠。110 kV電流互感器型號為LRB-110，出廠日期為2012-04-01，額定電壓為100 kV，額定電流為800 A，額定頻率為50 Hz，結(jié)構(gòu)型式為貫穿式，絕緣介質(zhì)為SF6，外絕緣型式為硅橡膠，二次信號輸出形式為模擬信號，密封型式為全密封，不是零序電流互感器，額定電流比為800／5，動穩(wěn)定電流為80 kA，熱穩(wěn)定電流為31.5 kA，爬電比距為 25 mm／kV。

2 故障描述

檢測人員于 2018-04-25T18∶00∶00在精確紅外測溫中發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備110 kV匯棗I線文昌Ⅰ支線斷路器下端電流互感器罐體存在發(fā)熱情況，與斷路器上端正常電流互感器相同部位比較，最大溫差接近2℃，相對溫差為89.5%。根據(jù)DL／T 664—2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》規(guī)定，電流互感器相對溫差超過80%屬于嚴(yán)重故障?，F(xiàn)場變換拍攝角度，同時排除其他熱源干擾，發(fā)熱特征仍然存在。紅外測溫和現(xiàn)場實(shí)物如圖1所示。

圖1 發(fā)熱氣室的紅外測溫和現(xiàn)場實(shí)物

由圖1可以看出，斷路器下電流互感器罐體發(fā)熱明顯，最高溫度為24.7℃，而相鄰部位溫度為23.0℃，最大溫差接近2℃。

對另一相鄰110 kV間隔進(jìn)行紅外測溫，無發(fā)熱現(xiàn)象，如圖2所示。

圖2 相鄰間隔電流互感器紅外測溫

3 故障分析

首先懷疑發(fā)熱電流互感器存在一次回路斷線或接觸不良。考慮到該情況下必然產(chǎn)生強(qiáng)烈的懸浮放電信號，因此現(xiàn)場進(jìn)行超聲波和特高頻局部放電檢測，測試結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 電流互感器超聲波檢測

圖4 電流互感器特高頻檢測

由圖3和圖4可以看到，數(shù)據(jù)無異常，可排除存在一次斷線或接觸不良的可能。

4月26日，帶電檢測人員進(jìn)行第二次紅外精確測溫，發(fā)熱特征不變，如圖5所示。

圖5 第二次檢測

結(jié)合檢測結(jié)果，檢測人員分析如下。

1）下電流互感器罐體較上電流互感器罐體整體發(fā)熱，且紅外測溫儀呈現(xiàn)明顯的均勻輻射狀，因此可以排除發(fā)射率因素造成的干擾，確定有發(fā)熱源。

2）仔細(xì)檢查設(shè)備周圍，除了電流互感器罐外，無其他溫度高于23℃的熱源，且上電流互感器罐體不熱，排除外界熱源熱輻射造成下電流互感器發(fā)熱的可能，從而確定發(fā)熱來自下電流互感器罐體本身。

3）下電流互感器罐體的最熱點(diǎn)位于上部中心，有兩種可能：一是發(fā)熱源位于罐體殼體，二是發(fā)熱源位于罐體內(nèi)部。如果是第一種情況，僅會造成下電流互感器上半部分的極小區(qū)域熱，而不是電流互感器罐整體熱。由于發(fā)熱區(qū)域較大且不存在接地連接點(diǎn)，可以排除罐體殼體發(fā)熱的可能，確定發(fā)熱源為下電流互感器罐體內(nèi)部，屬于組合電器內(nèi)部發(fā)熱。

4）現(xiàn)場進(jìn)行超聲波和特高頻局放檢測，未檢測到放電信號，同時對比設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，罐體內(nèi)部一次線為整根導(dǎo)體，發(fā)熱區(qū)域?qū)?yīng)位置無一次線連接點(diǎn)，所以排除了設(shè)備一次斷線或者接觸不良的可能。

5）由于罐體內(nèi)部二次接線盒位于罐體側(cè)面，與發(fā)熱區(qū)域不符，因此排除罐體內(nèi)部二次接線盒接觸不良的可能。

6）經(jīng)過上述排除，將故障原因范圍縮小至電流互感器二次側(cè)原因，但是如果二次側(cè)存在斷線或接觸不良，通常會引起二次信號報警。

綜合判斷，發(fā)熱原因極有可能是電流互感器某備用二次回路存在開路或接觸不良，從而導(dǎo)致電流互感器罐體內(nèi)部鐵芯發(fā)熱。

4 故障處理

4月27日，將該110 kV GIS間隔轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)，發(fā)熱特征消失。次日，檢修人員對該間隔進(jìn)行停電檢查，發(fā)現(xiàn)該間隔斷路器下端電流互感器二次側(cè)有兩個端子（備用回路1S1B和1S1C）通過連接片連接后接地，因長期運(yùn)行連接片松動，造成1S1B端子開路，并且已出現(xiàn)燒蝕痕跡。工作人員將開路的端子進(jìn)行短接接地處理，如圖6所示。當(dāng)日處理完畢后恢復(fù)送電并帶負(fù)荷運(yùn)行，發(fā)熱消失。

圖6 將開路的兩端子短接接地

當(dāng)電流互感器二次回路存在開路時，二次側(cè)無感應(yīng)電流，失去了對一次側(cè)的去磁，造成鐵芯中磁通量增加，在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生較大的勵磁電流來對抗磁通量的增大，導(dǎo)致鐵芯溫度整體升高，形成上圖中發(fā)熱區(qū)域較大的情況。

由于回路1S1B和1S1C為備用回路，未投入應(yīng)用，因此回路開路未引起信號報警。

4月29日，檢測人員對處理后的間隔進(jìn)行紅外檢測，發(fā)現(xiàn)斷路器下端電流互感器罐體發(fā)熱現(xiàn)象消失，故障消除。

5 結(jié)語

綜合運(yùn)用紅外測溫、超聲波及超高頻局部放電檢測等多種方法，分析和解決了一起典型的110 kV GIS電流互感器內(nèi)部發(fā)熱故障。分析過程中，沒有將圖譜中發(fā)熱區(qū)域所在位置確定為設(shè)備故障所在位置，而是結(jié)合電流互感器的設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理以及其他檢測手段，判斷并證明了二次設(shè)備的異常同樣可以導(dǎo)致一次設(shè)備溫度異常，對今后GIS設(shè)備紅外測溫工作的開展具有借鑒意義。

在檢測到的GIS電流互感器本體發(fā)熱案例中，除由于外殼接地不良等比較直觀的因素導(dǎo)致的外殼發(fā)熱外，GIS電流互感器內(nèi)部發(fā)熱的原因主要是由于二次回路接觸不良或開路導(dǎo)致。因此加強(qiáng)二次設(shè)備和接線端子排等設(shè)備的紅外測溫具有十分重要的意義。

隨著紅外檢測技術(shù)的不斷發(fā)展和紅外檢測設(shè)備的不斷更新升級，紅外測溫在電力系統(tǒng)狀態(tài)檢測中發(fā)揮的作用越來越大。組合電器發(fā)熱時，通常內(nèi)部實(shí)際情況要比外部看到的嚴(yán)重得多，因此對組合電器進(jìn)行紅外精確測溫是必不可少的。實(shí)際工作開展中，可以結(jié)合氣體成分分析、局放在線監(jiān)測等多種手段，保障組合電器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。