一类220k V GIL接地点温度偏高问题的原因分析及处理

黄 杰 许炜力 陈 行

（国家能源集团宿迁发电有限公司）

0 引言

宿迁电厂二期220kV升压站采用气体绝缘金属封闭输电线路 （GIL）和气体绝缘全封闭开关设备（GIS）的组合设计，＃3机组于2018年12月31日正式投入运行，投运之后，＃3主变高压侧GIL接地点温度一直偏高，最高时达到105℃。宿迁电厂GIS局部图如图1所示。

图1 宿迁电厂GIS局部图

根据《电气设备红外测温的温度参考规范》的要求，一般导体的最高允许温度为70～80℃。超过这个温度，金属的氧化加快，从而使接触电阻变大，发热加剧，构成恶行循环。另外，发热造成接地电阻变大，最严重时可能导致接地点出现开路，此时GIL母管上将呈现非常高的电压，严重威胁人员生命安全。

1 GIL的结构及相关特性介绍

GIL主要由母线、金属外壳和SF6气体三部分组成。在母线和金属外壳之间，充满了一定压力的SF6气体，主要起绝缘作用。

当母线上通过交流电流时，会形成一个交变的磁场，金属外壳上会产生感应电压。由于金属外壳的横截面可以看成是一个闭合回路，因此会产生感应电流，这种电流称为涡流或横向电流。另外，金属外壳与接地引下线、接地网也构成一个闭合回路，在这个回路上同样会有感应电流流过，这种电流称为环流或纵向电流。由于环流通过的路径较为复杂，因此环流对设备的影响也相对较大。

母线的安装方式有两种，即三相共体式和三相分体式。实际工程中，在电压等级较低的场合，一般采用三相母线共体的形式，即三相母线封装于同一个金属外壳下，由于正常运行时三相负荷基本平衡，外壳上产生的环流幅值很低。而在电压等级较高的场合，通常采用三相分体式布置。在这种结构下，特别是产生不对称或故障时，外壳上会产生较大的环流。

金属外壳按结构进行划分，可以分为连续型和非连续型两种。连续型金属外壳，在沿同一相母线安装的所有管段彼此都是连接的，整个外壳上提供了一条电气上的连接电路，此时母线电流在外壳上引起的感应电压在外壳上会产生环流。为了降低外壳感应电压，通常还会在三相金属外壳表面设置三相短接线，三相短接线一般采用铜排或铝排，也被称为导流排。非连续型金属外壳，所有管段之间彼此电气隔离，此时不会产生环流，但在外壳上会产生感应电压，对设备绝缘和人身安全构成威胁。

连续型金属外壳的接地方式，按接地点数量的不同，可分为单点接地和多点接地两种。

对于单点接地，由于无法形成环路，因此也不会产生环流，即使回路中出现接地不良时，外壳上也不会出现明显温升。但在外壳上会存在较高的感应电压，对设备和人身构成严重威胁。

对于多点接地，由于外壳与地网构成环路，外壳上的电压会显著下降。但此时环路中会有感应电流流过，而且该电流与母线电流大小相当。当环路中存在接地不良，回路阻值增加时，回路损耗和发热会加剧，对设备正常运行造成影响。

2 原因分析

宿迁电厂GIL金属外壳采用三相分体布置、连续型设计和多点接地方式。根据上节相关介绍，得知此类型GIL的结构布置，容易出现发热的问题。

根据导体温升的计算公式：

式中，I2为导体中流过的电流，A；R2为导体电阻或接触电阻，Ω；KT为散热系数，W／（m2×k）；S为导体或接触件的截面积，m2。

根据式（1）可知，温度与电阻、电流有关，只要能降低其中任意一个量，温度都将成比例下降。

为了便于更好地分析，先简单画出GIL环流示意图，如图2所示。

图2 GIL环流示意图

接下来，不妨把GIL环路看成是一台空心电磁式电流互感器。其中，载流母线可看作电流互感器中原边电路，匝数为一匝，母线电流即是原边电流。管道外壳、接地排、地网的环路构成电流互感器的副边电流，匝数也为一匝，此时的环流则是副边电流。电流互感器等值电路图如图3所示。

图3 电流互感器等值电路图

母线与金属外壳之间的互感即是电流互感器的励磁电感Xm，由于没有铁心，所以没有励磁电阻，即Rm＝0。外壳纵向电阻和接地电阻一起构成副边电阻，正常情况下，副边电阻很小，相比环路的电感（可以看成是副边漏磁电抗）该值可以忽略。

入地电流I2的大小，与激磁阻抗和副边漏磁阻抗的之比（近似等于激磁电抗和副边漏磁电抗之比）有关。由文献［1］可知，主磁通与副边漏磁通所经过的磁场介质相同，由于原、副边均只有一匝，主磁通磁路没有铁心，原、副边线圈的磁通耦合很差，激磁电抗很小且与副边漏磁电抗相近，即：

从而得出入地电流I2与母线电流I1的关系如下：

结合式（1）可知，导体的温升与接地电阻和入地电流有关，即要想降低接地点温度，必须从“减小接地电阻和入地电流”入手。

通过对现场进行详细检查、分析，最终发现“接地电阻和入地电流过大”的原因主要是：①接地排与地网连接处接触不良；②未安装导流排。

3 处理方法

针对接地排与地网连接处接触不良的问题，采取以下方法：①在接地点处新增一根与原接地排并联的接地排，将GIL金属外壳与主接地网可靠连接，一方面保证接地点能够可靠接地，另一方面也在一定程度上减小了接地电阻。②在焊接点处，再跨接一块接地排，增加接触面积，从而减小接地电阻。如图4所示。

图4 现场施工图

针对未安装导流排的问题，采取以下方法：在＃3主变高压侧GIL端部加装导流排，一方面使三相管道外壳上形成回路电流，从而减小的入地电流，起到为接地排分流的效果；另一方面与接地排一起构成双保险，确保外壳上无感应电压，保障人身安全。

4 结束语

处理过后，GIL接地点温度偏高的问题得到了很好的解决。＃3主变高压侧GIL接地点平均温度为33℃。本文通过对GIL接地点温度偏高的问题进行分析和处理，解决了当前生产上的技术难题，同时也为其他电厂处理类似问题提供了参考和借鉴。