220kVGIS電壓互感器對接地故障的分析和防范研究

王秋

福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司 福建 石獅 362712

引言

GIS可以通過優(yōu)化設(shè)計把除變壓站外的其他主要設(shè)備有機結(jié)合起來，并且因為GIS的高穩(wěn)定性、強大集成度和較短安裝時間，所以它在電力領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)GIS母線電壓互感器一般采用電磁結(jié)構(gòu)來測量電壓、能源和繼電保護。正常時電磁式電壓互感器的勵磁阻抗很大，在設(shè)備停電、恢復(fù)運行、倒閘操作等易產(chǎn)生不對稱性過電壓的作用下，鐵芯飽和使得勵磁阻抗急劇下降，與導(dǎo)線對地電容或者其他設(shè)備的雜散電容間形成特殊的三相或者單相諧振回路，并能激發(fā)起各種諧波的鐵磁諧振過電壓，從而造成電磁式電壓互感器在運行過程中產(chǎn)生發(fā)熱、放電或灼燒等現(xiàn)象。實踐中，這些缺點是由于生產(chǎn)商的產(chǎn)品制作過程或材料質(zhì)量上的潛在缺點而逐步出現(xiàn)的，這些缺點是由制造者產(chǎn)生的。后期操作可能會發(fā)生事故。本文分析了GIS中電子變壓器的穿透接地故障，將設(shè)備送回工廠后進行了診斷測試和拆卸，找出了故障的原因，并提出了防止再次發(fā)生此類故障的措施。

1 故障概述

1.1 過程概述

某變電站因為故障導(dǎo)致母線跳閘，220kV兩條線路開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)、母線分段開關(guān)跳閘。經(jīng)繼電保護專業(yè)現(xiàn)場檢查，兩套母線差動保護正常動作，皆存在故障差動電流。測試人員測試了變壓器室內(nèi)SF6的濕度、純度和分解產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)SF6氣體在變壓器氣室內(nèi)分解產(chǎn)物異常。測試結(jié)果表明，變壓器內(nèi)氣室水分含量為，H2S、SO2、CO均超過警告值，因此不能判斷特定的故障發(fā)生在現(xiàn)場。變電一次專業(yè)為設(shè)備外觀、氣壓等進行檢查，發(fā)現(xiàn) C 相電壓互感器底板和殼體連接螺栓處有明顯燒灼痕跡[1]。

1.2 基本設(shè)備信息與現(xiàn)場檢驗

500kV某變電站采用雙母單分段接線，從上次檢修過后并未發(fā)現(xiàn)異常，并且檢修時狀況良好。在進行現(xiàn)場檢驗時，對三相電壓互感器進行一次、二次絕緣電阻及直流電阻測量，三相二次繞組絕緣電阻和直流電阻合格 C相一次繞組的絕緣電阻為0，根據(jù)判斷，其中有斷線。因此，在拆除現(xiàn)場前，不能進行交流抗壓測試、變壓比和局部放電檢測。

1.3 拆卸設(shè)備

通過電壓互感器的電氣測試數(shù)據(jù)，可以提前確定C相內(nèi)部的設(shè)備故障。為了進一步確定電壓互感器故障的原因，移去并檢查了電壓互感器的A相，并檢查了B相和C相以測試設(shè)備的拆卸。拆卸后，發(fā)現(xiàn)階段A和階段B沒有明顯的放電點和燃燒痕跡。設(shè)備條件如下：

1.3.1 設(shè)備內(nèi)部有刺鼻的氣味，黑色灰塵很多，外殼內(nèi)部和保溫表面變黑。

1.3.2 分支導(dǎo)體與高壓屏蔽罩的燃燒現(xiàn)象發(fā)生在絕緣處。1.3.3 高壓屏蔽層放電到地面并燃燒。

1.3.4 初級繞組和高壓屏蔽層移位，并且有銅泄漏。

1.3.5 緊固件沒有脫落或松動，鐵芯變形。

1.3.6 在解剖線圈一次后，發(fā)現(xiàn)該線圈的內(nèi)部過熱，有些銅線與之粘在一起。

1.4 事故原因分析

根據(jù)測試數(shù)據(jù)和設(shè)備拆解，判斷A相和B相電磁變壓器無放電，繞組直流電阻和絕緣電阻測試合格。C相電子變壓器內(nèi)部有燃燒，漏銅，放電等現(xiàn)象，對C相變壓器故障的原因分析如下。

已通過次級繞組的絕緣電阻和DC電阻測試，證明變壓器的次級繞組絕緣良好，并且排除了由次級電路引起的接地放電。

根據(jù)220kv2號保護單元的電波記錄裝置信息，確定在將變壓器放電到地面前一個月內(nèi)，不會發(fā)生任何不良現(xiàn)象，如電網(wǎng)過電壓、運行間隔事故和雷電過電壓等。鑒于變壓器已運行了近12年，因此，由于缺乏有關(guān)歷史資料，無法找出造成所用設(shè)備嚴重故障的重要原因。此外，結(jié)合配電變壓器使用的設(shè)備的一般測試結(jié)果數(shù)據(jù)，所用設(shè)備沒有明顯的現(xiàn)象。因此，根據(jù)一次繞組的熔點和高壓屏蔽位移技術(shù)，可以證實這種現(xiàn)象在連續(xù)運行后突然發(fā)生。任何一種系統(tǒng)的操作都會產(chǎn)生諧振電壓，這可能引起變壓器局部發(fā)熱、放電或燃燒等，這是由于變壓器屬于初級繞組所致。

在某些層間的聚氨酯膜無法很好地粘接，在局部加熱、長時間加熱、放電或燃燒之后，初級繞組及高壓屏蔽逐步移動。當(dāng)故障發(fā)生到某一閾值時，變壓器的高壓屏蔽罩會使固定鐵芯（b擊穿點）發(fā)電，從而使變壓器進行一次繞組連接，在這一過程中，會產(chǎn)生巨大的電流，故障電流導(dǎo)致高壓屏蔽，產(chǎn)生覆蓋式放電，并且電流產(chǎn)生大量放電痕跡。此外變壓器油箱內(nèi)發(fā)生電弧燃燒，連接線拔出并折斷，鐵芯因高溫燃燒變形[2]。

2 結(jié)束語

電子變壓器線圈中導(dǎo)線的過熱以及出現(xiàn)繞線的現(xiàn)象最終導(dǎo)致事故發(fā)上，對于類似事件，建議采取以下措施：

2.1 測試

對于電壓為110kV或更高的GIS電子變壓器，如果不能在現(xiàn)場進行勵磁特性測試，則必須嚴格控制設(shè)備的生產(chǎn)過程和工廠測試，以防止由于產(chǎn)品質(zhì)量問題而導(dǎo)致電網(wǎng)安全。運行穩(wěn)定。

2.2 強化GIS設(shè)備的工作和維修

嚴格實行國家電網(wǎng)規(guī)定的狀態(tài)檢測周期，提高絕緣電阻和直流電阻在例行試驗中的測量精確度，并且在測量后進行比對檢查。改善一次、二次變壓器繞組的運作，能準確地判斷斷出電線是否斷路、短路等，及時預(yù)防事故。

2.3 在實時開展GIS的實時探測工作

當(dāng)母線或連接到母線之間有工作空隙時，應(yīng)在電力供給后對變壓器實施特高頻局部放電、超聲波局部放電、sf6氣體組成和紅外溫度測量。等待實時監(jiān)測有效的檢測，以便對設(shè)備進行有效的監(jiān)測。

2.4 定期對錄波器信息進行統(tǒng)計分析

通過互感器的開口三角形電壓、三相電壓等相關(guān)信息判斷設(shè)備是否出現(xiàn)異常波動現(xiàn)象，特別是母線運行設(shè)備，并結(jié)合現(xiàn)場。實時檢測操作可全面分析變壓器內(nèi)部是否有熱量或放電。