紫兰坝电站SF6全封闭组合电器母线回路故障的查找及处理

杨 光 霞

(华电四川宝珠寺水力发电厂，四川 广元　628003)

紫兰坝电站SF6全封闭组合电器母线回路故障的查找及处理

杨 光 霞

(华电四川宝珠寺水力发电厂，四川 广元628003)

摘要：随着目前GIS在电站的广泛应用,通过本次对紫兰坝电站GIS的故障查找、分析以及处理过程，对我们今后的GIS绝缘监测工作提出一个新的思考。预试工作应当坚持科学的态度，对试验结果必须全面地，历史地综合分析，掌握设备性能变化的规律和趋势，并以此来正确判断设备绝缘状况，为检修提供依据，使设备处于良好运行状态。

关键词：紫兰坝水电站；故障点；查找过程；原因；处理；建议

1概述

紫兰坝水电站位于四川省广元市境内，是白龙江干流梯级开发规划中的最后一个梯级水电站。本电站上游距已发电的宝珠寺电站14 km，下游距宝成铁路昭化火车站4 km。电站安装3台34 MW灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量102 MW。电站发电机出口电压为10.5 kV，发电机与变压器组合采用发电机-变压器单元接线方式，发电机出口设有出口真空断路器。主变压器高压侧为110 kV，单母线分段接线，开关站采用西安西开高压电气股份有限公司生产的六氟化硫全封闭组合电器(GIS)。

GIS与传统的敞开式开关设备比较,具有占地面积与空间体积小、运行安全可靠、维护方便、设备检修间隔周期长、安装方便等特点。目前被许多大型电站采用。

但是GIS也面临潜在缺点,一旦出现事故,危害后果比分离式敞开设备严重得多,修复周期也长,故障维修甚为复杂。本文以紫兰坝电站机组二号发电机2F检修预试时发现GIS母线回路故障来探讨GIS绝缘监督问题。

2发现故障后的高压试验

2F机组于2006年12月投入运行，其主变2B从投运至检修前未出现过载运行及受到短路冲击，一直处于额定工况下运行。

2007年12月，紫兰坝电站2F机组进行第一次检查性大修，如图1所示2F电气一次主接线图。从主变2B高压侧油气套管开始采用GIS。

图1　2F机组电气一次主接线图

由于运行时间仅一年，GIS属于免维护期,本次大修预试项目并未有GIS试验项目。在对二号主变压器2B进行高压侧直流电阻测试时，因为GIS全封闭的特殊性,需通过在主变GIS出口接地地刀闸G10230处进行测试。合上2B出口断路器DL201，打开接地刀闸G10230的三相接地连接片，从接地刀闸刀的A、B、C三相引出线至主变中性点套管处分别测试高压侧三相直流电阻。其阻值包含高压侧绕组相间直阻，从油气套管至接地刀闸G10230之间的GIS导电回路电阻。

测试使用金迪生产的JD2540直流电阻测试仪，采用40A直流电流进行测试。具体测量出的绕组数据如下表：

表1　2B高压侧绕组直流电阻　/mΩ

3故障点查找过程

测量主变高压绕组直流电阻时,包含高压侧油气套管至GIS主变出口接地刀闸G10230之间的母线导电回路电阻,以及SF6断路器DL102。但是母线和断路器的直流电阻应很小，据厂家出厂试验数据该段GIS的回路电阻不超过1.3 mΩ,不应对主变高压侧直流电阻造成增大很多的影响。

为排除主变压器绕组的问题,决定将主变高压侧套管SF6气体排出回收。 打开油气套管手孔，由试验人员直接对连接导体及2B高压绕组做直流电阻测试(油气套管内试验测量位置如图2)。

在高压套管母线连接处直接测量高压绕组直流电阻，排除GIS对绕组直流电阻的影响。两次测量结果如下表：

通过以上测量数据，得出绕组相间三相之间最大差别为0.18%，绕组线间三相最大差别为0.035%。直阻符合预试规程的要求，证明主变绕组无问题。因此，可以判断是主变油气套管至GIS接地刀闸G10230这段的原因造成所测绕组直流电阻增大。为进一步查找出故障点，需对2B高压侧GIS母线回路进行测试。

通过调整2B高压侧GIS水平段母线支撑后

图2　高压油气套管直流电阻测量位置图

/mΩ

(为排除GIS母线室因地基沉降而造成GIS内导体接触不良的可能)。接着，我们又对主变油气套管至G10230隔离刀闸之间的GIS回路电阻进行回路电阻测试。由于GIS回路电阻测量要求在使用不小于100 A的直流电流条件下进行，直流电阻测试仪已经不能满足GIS回路电阻测试的要求，结合现场设备采用直流电焊机输出直流大电流的方式来测量回路电阻，找出GIS内部的故障点。测量原理接线图如下图：

从图4可看出,萃取相比对铷、钾的萃取率有显著的影响，随着萃取相比的增大，铷、钾的萃取率都是逐渐增加。当萃取相比VO/VA>3时，铷的萃取率增加趋缓；而此时，钾的萃取率有较大的增长趋势。当萃取相比VO/VA>4时，钾的萃取率增加趋势变得平缓。铷钾分离系数随着萃取相比的增加逐渐减小，当萃取相比VO/VA>3时，铷钾分离系数降低明显。当萃取相比VO/VA=3时，有机相有较高的萃铷能力，且钾的萃取率较低，铷钾分离系数较大。因此，选择萃取相比为VO/VA=3。

图3　GIS直流电阻测量原理接线图

图中V为高内阻电压表 mv为毫伏表，分流计为变比300 A/75 mv

式中U为电压表读数(V)；I为分流记mv表读数×变比(A)

厂家要求2B主变油气套管到该间隔隔离开关地刀(不含地刀)回路电阻理论值≦1.3 mΩ，现场实测值不应大于理论值的120%。

测试主变油气套管至接地刀闸G10230处回路电阻如下表：

表3　GIS回路电阻　/mΩ

由测量数据分析2B高压侧整体GIS母线回路直流电阻数据三相严重超标。为快捷而准确地找到故障点。采取分段试验排除，但G1022至2B高压侧GIS母线回路共7个气室，除G1021(G10230和G1021同在一个气室)与DL102为独立气室外，其余各气室均由外部金属软管连通，长约25 m的GIS母线回路，中间导体的连接部件很多。在与GIS设备厂家技术人员商议后，决定对这7个气室内的导电回路分4段进行直流电阻测试。之后，工作人员逐段对这4段气室SF6气体进行了回收，并对导电回路进行直流电阻测试，分段试验情况如下图所示：

图4　分段试验情况图

各段测试结果如下：

表4　GIS各段回路电阻　/mΩ

由表4数据可得知，排除1、2、3段，而第4段三相数据相差较大，故初步判断故障点在第4段中，即主变出口至气室竖直段之间。随后，工作人员打开此段气室手孔，探头进入目测检查，发现故障点为气室间盆式绝缘子上梅花触头与管型铝母线的连接处，三相均有不同程度的碳化发黑现象(如图5、图6),A、B相尤为严重。

4故障原因

(1)GIS母线室地基沉降，可能造成GIS气室位移，内部导体接触松动，导致长期运行发热。通过水工观测2B高压侧GIS水平段母线平衡度，发现水平段母线安装高程的最高处与最低处相差超过约2 cm，在对2B高压侧GIS水平段母线支撑进行了调整后测试回路电阻，数据并无明显变化(见表3数据)，排除了主要因地基沉降造成了GIS过流部件接触不良的可能。

图5　碳化发黑的管型铝母线

(2)GIS设备生产及安装质量存在隐患。故障点处的过流部件加工精度不够，及梅花触指压力偏小，安装中各导电接触面未按规定进行清洁(GIS设备安装过程中对环境清洁度、湿度等要求极高。在后来的分析会中，GIS厂家人员也承认安装过程中存在监督、指导不力的因素)，导致接

图6　碳化发黑的梅花触头

触不良，长期运行发热所致。

(3)通过观察、测量发现与故障段气室相连的波纹管软连接的拉伸尺寸有偏差。原规定30 cm的拉伸尺寸(厂家规定值)，现尺寸为31.8 cm，超过规定1.8 cm。通过分析可认为，由于二号主变2B安装基础或GIS设计的差错，产生了安装时GIS母线与2B高压侧对接位置上尺寸的偏差，导致过流部件梅花触头与管型铝母线接触不到位，造成触头与管母的接触面积小于规定值要求。随着设备投运时间的延长，及导体间的电动力的作用，触头与管母接触面积不足及接触松动导致部件发热氧化。接触面的氧化致使接触电阻的进一步增大，发热就更加严重，形成一种恶性循环，隐患就逐步升级，最终造成梅花触头与管型铝母线的连接处严重碳化发黑。

5故障处理

5.1拆卸气室，更换部件

为防止所处理故障气室的盆式绝缘子受相邻气室压力过大而损坏。工作人员先对故障气室两端相邻气室的SF6气体进行回收至0.2 MPa，再回收尽故障气室SF6气体。打开故障气室拆除安装有故障梅花触头的盆式绝缘子及管型铝母线，清扫故障气室及盆式绝缘子，更换新的梅花触头及加长的管型铝母线。

5.2直流电阻测试

对更换部件后的2B高压侧GIS母线回路(高压油气套管至DL102出口接地刀闸G102130)整体做直流电阻测试，三相数据平衡、大小合格，满足厂家≤1.3 mΩ的要求,具体试验数据如下：

表5　2B高压侧至G10230回路电阻/mΩ

加上2B高压绕组直流电阻值后的数据如下：

表6　G10230处测得2B高压侧直路电阻/mΩ

高压绕组直流电阻三相平衡，符合电气预试规程的要求。

5.3处理完后的交流耐压试验

在GIS母线回路整体充气静置24 h后，回收尽油气套管内SF6气体。断开油气套管内2B高压绕组与GIS母线的导体连接，退出线路间隔和相邻母线TV及2B间隔相关的所有保护和控制回路，由GIS出线空气套管处加压，对此段检修过的GIS母线做耐压试验。根据事先制定的试验方案，先进行老炼净化：65 kV历时5 min，110 kV历时3 min，最后加压184 kV(该GIS出厂试验电压为230 kV,耐压值为出厂值的80%),历时1 min,耐压合格。恢复油气套管内导体连接，封闭气室抽真空，检漏后对油气套管充SF6气体至0.4 MPa。利用SF6气体检漏探测仪进行检测无渗漏，处理完毕，投运后正常运行至今。

由于GIS是全封闭组合电器，虽然我们按照一次接线图断开有关隔离刀闸以及断路器，但没有明确可见断开点。为防止感应电伤人，保证检修测量人员和设备的安全，必须将主变所在的母线包括母线所带出线全部停电，方能进行检修试验工作。

6GIS的预试建议

由于GIS是全封闭,免维护,如何在停机检修及时发现GIS存在的缺陷,保证设备安全运行。虽然厂家均承诺基本免维护。但基于安装不规范及交接验收不严格等原因，对于新投产的GIS设备在其首次大修时对其进行全面的检修、预试非常必要。

由于目前预试规程对GIS的标准要求不详细，为保证GIS设备的稳定运行，和厂家商讨后制定出监测方法。其中，对容易出问题的触指接触电阻，以及隔离开关等的回路电阻值制定出相应的标准范围和检测手段。厂家规定110 kV的GIS设备各回路电阻理论计算标准如下：

建议1-3年对GIS一次回路电阻进行检测。

表7　GIS设备回路电阻理论计算标准

母线电阻测量位置如下：

图7　GIS母线测量位置图

平时还应运用SF6气体检漏仪、SF6水分测试，监视各气室压力，以及红外成像拍摄比较分析同一部位不同时期的热图温度来粗略判断各部位发热的状况等手段对GIS进行周期性的检测，及时掌握GIS设备的运行状况。

7结语

随着目前GIS在电站的广泛应用,通过本次对紫兰坝电站GIS的故障查找、分析以及处理过程，对我们今后的GIS绝缘监测工作提出一个新的思考。预试工作应当坚持科学的态度，对试验结果必须全面地，历史地综合分析，掌握设备性能变化的规律和趋势，并以此来正确判断设备绝缘状况，为检修提供依据，使设备处于良好运行状态。

参考文献：

[1]《DL/T 596—1996 电气预防性试验规程》

[2]陈华刚《电气设备预防性试验方法》 北京:水利电力出版社,1994

[3]西安西开高压电气股份有限公司《GIS产品出厂试验主回路电阻测量标准方案》

收稿日期:2016-03-29

中图分类号:[TM622]；U224.2+7；U472.42

文献标识码:B

文章编号:1001-2184(2016)03-0112-05

作者简介:

杨光霞(1975-)，女，四川都江堰人，毕业于成都电力职工大学发电厂及变电站专业，助理工程师，现于华电四川宝珠寺水力发电厂从事电气高压试验工作.

(责任编辑：卓政昌)