一起 220 kV GIS设备发展性故障的分析

赵玉新，崔 岩

(1.国网天津市电力公司电力科学研究院，天津 300384；2.国网天津市电力公司检修公司，天津 300000)

0 引言

GIS变电站是电力系统的重要枢纽，GIS电气设备已成为我国乃至全球变电设备发展的主流。在大量GIS变电站投入的情况下，保障电力系统正常运行成为时下急需解决的重大问题。但是由于GIS内部主要设备大多没有故障自恢复能力，且其故障点也不如敞开式变电站直观，查找较为困难，往往给事故分析带来一定的难度。正确利用继电保护动作信息，快速判断故障点，对于保障系统安全运行有重要意义。

1 事件概述

某日，某新建220 kV变电站送电，在母线充电时发生C相母线单相接地故障，5甲、5乙母线4套母差保护装置均动作，2255、2245甲、2215断路器跳开。其故障前的运行方式如图1所示。

1.1 故障前运行方式

该变电站采用双母线双分段接线形式。故障前，该变电站2244合、2255合、2245甲合、2245乙分、2215合，2215线路接220 kV-5甲母线。

图1 故障前运行方式和母差保护范围示意

1.2 保护配置

根据主接线方式，220 kV 4段母线保护配置如下：220 kV-4甲、220 kV-5甲2段母线配置2套母差保护(简称甲母差保护)，220 kV-4乙、220 kV-5乙2段母线配置2套保护(简称乙母差保护)。甲(乙)母差保护采用长园深瑞BP-2B型母差保护和国电南自SGB-750型母差保护，构成双重化配置。2244，2255断路器各配置2个保护用电流互感器TA 1和TA 2，接断路器两侧，用以消除母差保护死区(TA 1为甲母差保护用，TA 2为乙母差保护用)。甲、乙母差保护的保护范围如图1所示。

2 继电保护信息分析

在GIS组合电器中，断路器、隔离开关、流变、压变等一次设备安装在密闭的金属筒内，利用互不相通的气室隔离，内部充满SF6气体。这种设备发生故障后，无法从站内电气一次设备外观上直接观察故障点。因此，应根据保护动作情况、故障录波等进行分析和判断故障类型及故障位置。

2.1 保护动作情况

从保护动作情况(见表1)可知，故障持续60 m s左右，5甲、5乙母线的2套母差保护均动作，连接在母线上的断路器均动作跳闸。根据母差保护配置原则和图1母差保护范围，甲母差保护判断为5甲母故障，乙母差保护判断为5乙母故障，故可以初步判断故障点位于5甲、5乙母差保护的重叠区，即GIS的C相2255断路器及其两侧的电流互感器的气室内。

表1 动作情况

2.2 保护录波图分析

2.2.1 甲母差保护录波图

图2中Ic-3为2255甲母差保护用TA 1电流，图3中Idc为母差C相差动电流，Irc为母差C相制动电流。

从图2可知：2255TA 1故障初期的30 m s内无电流，即此时故障电流未流经TA 1；而30 ms至60 ms之间TA 1有电流，则说明此时故障发生了变化，为贯穿性故障电流。从图3可知：故障初期30 m s内，母差保护即感受到差动电流，制动电流较小，属于明显的母差保护范围内故障特征，此时故障电流入地点在甲母差保护范围内；而30 ms后差流基本消失，制动电流逐渐增大，属于明显的母差保护范围外故障特征，此时故障电流入地点基本在甲母差保护范围外。

图2 SGB750甲母差保护录波

图3 BP2B甲母差保护录波

2.2.2 乙母差保护录波图

从图4和图5可知：在故障持续的60 ms内，故障点一直处于乙母差保护范围内，且流经2255断路器乙母线保护用TA 2的电流大小、母差保护差动电流、制动电流基本保持不变。由此可以推断，这2个故障点之间的电气距离很近。

图4 SGB750乙母差保护录波

综合上述母差保护录波图分析，基本可以判断故障点位于2255断路器乙母线侧TA 1间隔C相内，且故障电流前30ms在TA 1下侧(2255断路器侧)入地，后30 ms主要在TA 1上侧(2255-5乙刀闸侧)入地。故障点示意图如图6所示。

图5 BP2B乙母差保护录波

图6 故障点示意

3 检查验证

3.1 故障点位置定位

对220 kV-5甲、220 kV-5乙母线进行耐压试验。在对220 kV-5乙母线加压至68 kV时，2255-5乙间隔C相GIS内部开始放电，同时对2255间隔C相进行放电定位。

通过放电定位试验，确认放电位置在2255-5乙母线侧TA 1气室内。

3.2 解体检查

对该间隔2255-5乙气室及TA 1气室进行解体检查。查明放电起始位置为TA 1气室下端绝缘盆处，如图7所示。此处有明显强烈放电痕迹并存在大量SF6气体分解产物。

图8为电弧向上发展过程中电弧的高温作用造成的导体融化所产生的痕迹。

通过耐压定位和解体情况分析，确认接地故障点在2255C相断路器5乙母线侧的TA 1断路器侧；并由于电弧的发展，接地故障点上移至TA 1的另一侧，从而也验证了继电保护信息分析的正确性。

图7 放电起始位置

图8 电弧向上发展过程的痕迹

4 结束语

由于GIS设备故障的隐蔽性，不能从外观上直接观察故障点，给故障查找、消除造成一定困难。GIS设备故障时，如果能充分利用继电保护系统信息，对保护动作情况、故障录波等加以分析，对于明确故障类型，快速定位故障位置，保障电网的安全稳定运行有着重要的意义。

1 韩玉倚．110 kV GIS设备故障原因分析[J]．电力安全技术，2011，13(9)：32-33．