換流站GIS 設備出線套管支架發熱分析

龍方宇，邱凱，陳禾，彭翔，金輝，許毅，楊棟

(超高壓輸電公司檢修試驗中心，廣州 510663)

0 前言

某換流站550 kV GIS 設備發生多起GIS 出線套管接地銅排螺栓以及套管法蘭固定螺栓發熱缺陷，影響了設備正常運行。

1 GIS 設備接地結構

1.1 外殼接地方式

GIS 設備外殼接地方式主要分為兩種:一點接地方式和多點接地方式。

1.1.1 一點接地方式

將GIS 相鄰段外殼相互絕緣(法蘭處絕緣連接)，每段外殼進行單點接地(一般選取每段外殼端部為接地點)。采用一點接地方式，GIS 外殼中不會有明顯的感應電流流過，外殼溫升較低，損耗較小。但在短路故障時，每段外殼非接地端產生的感應電勢較高，外界磁場也較強，可靠性較差。

1.1.2 多點接地

將GIS 相鄰段外殼金屬相連(法蘭處用導電螺栓連接)，并將每段GIS 外殼單點接地。采用多點接地方式，GIS 外部磁通少，感應過電壓較低，且施工簡單方便，可靠性及安全性較高。根據技術協議書要求，換流站GIS 設備外殼接地采用多點接地方式。

1.2 套管出線處接地結構

GIS 出線套管處外殼與接地鋁排相連，通過接地銅排引到支架下部與接地扁銅連接，接地銅排固定在支架上，并對銅排進行鍍錫防腐蝕處理。

設計GIS 接地時，一般要開展專題校驗工作，校驗內容包括:

1)在正常運行和短路情況下，計算分析外殼各接地點的感應電壓，并對接地點可能產生的最大感應電壓的安全性進行校核;

2)對站內可能出現的對地短路情況進行研究，計算最大短路電流情況下接地線、三相外殼短接排上流過的短路電流，并校核其熱穩定性。

2 發熱部位

2.1 發熱點位置

GIS 設備套管支架處存在發熱現象，發熱點主要在GIS 出線套管接地銅排固定螺栓以及套管法蘭固定螺栓處。

2.2 電流測試結果

使用鉗形電流表對GIS 出線套管接地扁銅處電流進行了測量。受支架分流影響，感應電流測試結果與測試位置有關，最大值應該在套管根部鋁排處，扁銅處測得的電流是最小的，中間存在銅排與支架間的分流。但由于接地鋁排距帶電部位較近、所用鉗表開口小于接地銅排寬度等情況，只在接地扁銅處進行了電流測試。根據相關文獻資料和其他工程的實測結果，由負荷電流在外殼上所感應的電流理論上可達負荷電流的80%，換流站GIS 換流變進線處負荷最大時電流值約2 000 A，接地扁銅處實際測量結果最大為624 A，為負荷電流的31%。感應電流大小與GIS 導體和外殼長度有關，長度越長，感應電流越大，此外還與支架分流大小有關。

3 原因分析

當負荷電流流過導桿時，會在導桿周圍產生磁場。GIS 設備外殼與導桿之間的距離較小，會在外殼上感應出較強的電動勢。由于外殼采用多點接地方式，感應出的電動勢會在外殼、接地銅排之間產生較大的電流。根據楞次效應可知，產生電流的方向與導桿中電流的方向相反，從而產生反向磁場削弱原磁場。如圖1 所示。

圖1 GIS 單相封閉設備環流產生示意圖

GIS 設備在三相間設置匯流銅排將外殼短接，因而三相外殼的感應電流相互抵消，如圖2、3所示:

圖2 三相感應電流相互抵消示意圖

圖3 匯流排安裝示意圖

經過現場確認，支架接地銅排上未按照設計要求安裝匯流排，接地銅排通過接地扁銅與地網相連，導致單相感應電流流經構架，直接流入地網。

3.1 接地銅排固定螺栓發熱

當感應電流流經螺栓處時向支架分流，若固定螺栓接觸不良，則會導致接觸電阻較大，從而產生發熱現象。同時，由于螺栓為鐵質螺栓，螺栓材質對發熱情況也有一定影響。

換流站將GIS 出線套管接地銅排固定螺栓更換為不銹鋼螺栓，并對所有螺栓進行了緊固工作。設備運行后，進行了紅外測溫試驗。發現，僅有部分原先的發熱點不再發熱。但鉗形電流表對GIS 出線套管接地扁銅處電流測量數據表明，電流較之前沒有明顯減小趨勢。說明固定螺栓接觸不良及固定螺栓的材質并不是導致發熱的主要原因。

3.2 法蘭固定螺栓發熱

現場發現，GIS 外殼在套管出線處引出的鋁排與接地銅排連接處未安裝銅鋁復合墊，銅和鋁直接接觸會產生電化學反應，使接觸面電阻增加。當感應電流經此處時，由于銅鋁接觸部位接觸電阻較大，增大了接地回路的電阻值，法蘭固定螺栓處分流進一步加大，導致了發熱的產生。

同時，未安裝銅鋁復合墊，也加劇了GIS 出線套管接地銅排固定螺栓的發熱情況。

4 結束語

1)該換流站GIS 出線套管處支架發熱的直接原因是由于發熱部位流過較大電流，根本原因是由于安裝時未按照設計要求在三相間安裝匯流排。

2)未按照設計及相關標準要求安裝銅鋁復合墊，加劇了發熱缺陷的嚴重程度。

［1］駱桂英，韓杰.GIS 出線套管下部連接螺栓發熱分析與處理［J］.浙江電力，2008，27 (6).

［2］魏春林，王勇.220KV GIS 外殼感應電流和相關發熱故障處理［J］.電工技術，2010，4.

［3］馮越瓊.GIS 接地問題的探討［J］.廣東輸電與變電技術，2006，5.