一起 220 kV GIS設備發展性故障的分析

趙玉新，崔 巖

(1.國網天津市電力公司電力科學研究院，天津 300384；2.國網天津市電力公司檢修公司，天津 300000)

0 引言

GIS變電站是電力系統的重要樞紐，GIS電氣設備已成為我國乃至全球變電設備發展的主流。在大量GIS變電站投入的情況下，保障電力系統正常運行成為時下急需解決的重大問題。但是由于GIS內部主要設備大多沒有故障自恢復能力，且其故障點也不如敞開式變電站直觀，查找較為困難，往往給事故分析帶來一定的難度。正確利用繼電保護動作信息，快速判斷故障點，對于保障系統安全運行有重要意義。

1 事件概述

某日，某新建220 kV變電站送電，在母線充電時發生C相母線單相接地故障，5甲、5乙母線4套母差保護裝置均動作，2255、2245甲、2215斷路器跳開。其故障前的運行方式如圖1所示。

1.1 故障前運行方式

該變電站采用雙母線雙分段接線形式。故障前，該變電站2244合、2255合、2245甲合、2245乙分、2215合，2215線路接220 kV-5甲母線。

圖1 故障前運行方式和母差保護范圍示意

1.2 保護配置

根據主接線方式，220 kV 4段母線保護配置如下：220 kV-4甲、220 kV-5甲2段母線配置2套母差保護(簡稱甲母差保護)，220 kV-4乙、220 kV-5乙2段母線配置2套保護(簡稱乙母差保護)。甲(乙)母差保護采用長園深瑞BP-2B型母差保護和國電南自SGB-750型母差保護，構成雙重化配置。2244，2255斷路器各配置2個保護用電流互感器TA 1和TA 2，接斷路器兩側，用以消除母差保護死區(TA 1為甲母差保護用，TA 2為乙母差保護用)。甲、乙母差保護的保護范圍如圖1所示。

2 繼電保護信息分析

在GIS組合電器中，斷路器、隔離開關、流變、壓變等一次設備安裝在密閉的金屬筒內，利用互不相通的氣室隔離，內部充滿SF6氣體。這種設備發生故障后，無法從站內電氣一次設備外觀上直接觀察故障點。因此，應根據保護動作情況、故障錄波等進行分析和判斷故障類型及故障位置。

2.1 保護動作情況

從保護動作情況(見表1)可知，故障持續60 m s左右，5甲、5乙母線的2套母差保護均動作，連接在母線上的斷路器均動作跳閘。根據母差保護配置原則和圖1母差保護范圍，甲母差保護判斷為5甲母故障，乙母差保護判斷為5乙母故障，故可以初步判斷故障點位于5甲、5乙母差保護的重疊區，即GIS的C相2255斷路器及其兩側的電流互感器的氣室內。

表1 動作情況

2.2 保護錄波圖分析

2.2.1 甲母差保護錄波圖

圖2中Ic-3為2255甲母差保護用TA 1電流，圖3中Idc為母差C相差動電流，Irc為母差C相制動電流。

從圖2可知：2255TA 1故障初期的30 m s內無電流，即此時故障電流未流經TA 1；而30 ms至60 ms之間TA 1有電流，則說明此時故障發生了變化，為貫穿性故障電流。從圖3可知：故障初期30 m s內，母差保護即感受到差動電流，制動電流較小，屬于明顯的母差保護范圍內故障特征，此時故障電流入地點在甲母差保護范圍內；而30 ms后差流基本消失，制動電流逐漸增大，屬于明顯的母差保護范圍外故障特征，此時故障電流入地點基本在甲母差保護范圍外。

圖2 SGB750甲母差保護錄波

圖3 BP2B甲母差保護錄波

2.2.2 乙母差保護錄波圖

從圖4和圖5可知：在故障持續的60 ms內，故障點一直處于乙母差保護范圍內，且流經2255斷路器乙母線保護用TA 2的電流大小、母差保護差動電流、制動電流基本保持不變。由此可以推斷，這2個故障點之間的電氣距離很近。

圖4 SGB750乙母差保護錄波

綜合上述母差保護錄波圖分析，基本可以判斷故障點位于2255斷路器乙母線側TA 1間隔C相內，且故障電流前30ms在TA 1下側(2255斷路器側)入地，后30 ms主要在TA 1上側(2255-5乙刀閘側)入地。故障點示意圖如圖6所示。

圖5 BP2B乙母差保護錄波

圖6 故障點示意

3 檢查驗證

3.1 故障點位置定位

對220 kV-5甲、220 kV-5乙母線進行耐壓試驗。在對220 kV-5乙母線加壓至68 kV時，2255-5乙間隔C相GIS內部開始放電，同時對2255間隔C相進行放電定位。

通過放電定位試驗，確認放電位置在2255-5乙母線側TA 1氣室內。

3.2 解體檢查

對該間隔2255-5乙氣室及TA 1氣室進行解體檢查。查明放電起始位置為TA 1氣室下端絕緣盆處，如圖7所示。此處有明顯強烈放電痕跡并存在大量SF6氣體分解產物。

圖8為電弧向上發展過程中電弧的高溫作用造成的導體融化所產生的痕跡。

通過耐壓定位和解體情況分析，確認接地故障點在2255C相斷路器5乙母線側的TA 1斷路器側；并由于電弧的發展，接地故障點上移至TA 1的另一側，從而也驗證了繼電保護信息分析的正確性。

圖7 放電起始位置

圖8 電弧向上發展過程的痕跡

4 結束語

由于GIS設備故障的隱蔽性，不能從外觀上直接觀察故障點，給故障查找、消除造成一定困難。GIS設備故障時，如果能充分利用繼電保護系統信息，對保護動作情況、故障錄波等加以分析，對于明確故障類型，快速定位故障位置，保障電網的安全穩定運行有著重要的意義。

1 韓玉倚．110 kV GIS設備故障原因分析[J]．電力安全技術，2011，13(9)：32-33．