500?kV?GIS站耐壓試驗PT放電原因分析

張太林，張小兵，楊采風，馬心雨

(神華神東電力重慶萬州港電有限責任公司，重慶 404027)

500?kV?GIS站耐壓試驗PT放電原因分析

張太林，張小兵，楊采風，馬心雨

(神華神東電力重慶萬州港電有限責任公司，重慶 404027)

介紹了某電廠500 kV升壓站采用戶內式GIS智能變電站的概況，闡述了GIS站的耐壓試驗方案以及按交接試驗規程進行GIS耐壓試驗和局部放電試驗的過程，分析了耐壓試驗火花放電和法蘭通風孔放電電壓幅值變化的原因，最后提出了確保GIS耐壓試驗一次性成功的措施。

GIS站；耐壓試驗；電壓互感器；火花放電

0 引言

某電廠1期2×1 050 MW燃煤汽輪發電機組，采用國內首座火力發電廠戶內式500 kV GIS智能變電站(以下簡稱“GIS站”)。GIS開關、隔離開關、接地刀閘、電流互感器和電壓互感器均為西安西電高壓開關有限責任公司(簡稱“西開”)生產。開關型號為ZF8A-550，是西開融合日本三菱、瑞士ABB技術而開發的一種新型超高壓、大容量SF6氣體絕緣金屬封閉開關設備；采用水平雙斷口結構，且在斷口設有并聯電容，但無合閘電阻。2014年7月，GIS設備全部安裝調試完成后，按GB50150—2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》，進行耐壓試驗和局部放電試驗。

1 GIS站概況

該電廠GIS站布置在汽機房17 m層2號機汽輪發電機組外的毗屋內，按1，2期4×1 050 MW機組規劃，采用3/2主接線方式。1期設有2個線路-主變間隔完整串和1個啟備變間隔半串，線路和主變間隔交叉布置，預留有2期擴建間隔。該工程按節約化、智能化設計，GIS站采用了常規電磁式電流互感器和電壓互感器，且PT高壓側無隔離開關，直接與母線GIS、線路/主變的GIL(氣體絕緣輸電管道母線)相連，由智能匯控柜中的合并單元完成PT/CT的電壓、電流信號轉換和合并處理，最后轉換成光信號，在過程層、間隔層和站控層3網中通信，實現二次設備網絡化。主接線如圖1所示。

2 GIS站耐壓試驗方案

該廠GIS站的布置有以下特點。

(1) 1號主變高壓側與GIS站的GIL管道較長，長約100 m；2號主變高壓側至GIS站的GIL管道較短，長約10 m；1號啟備變高壓側至GIS站的GIL管道較短，長約20 m；各段GIL長度不一致。

(2) 站內所有避雷器均為罐式無間隙金屬氧化物避雷器，額定電壓444 kV，持續運行電壓324 kV，故避雷器不參加耐壓試驗。

(3) 站內所有PT均為常規的電磁式電壓互感器，為避免PT鐵芯磁飽和及防止分布電容與PT發生鐵磁諧振，要求試驗電源的頻率大于100 Hz，試驗電壓為592 kV(出廠試驗電壓740 kV的80 %)，將GIS站內的電壓互感器、電流互感器與GIS開關、隔離刀閘、母線一同進行交流耐壓試驗。

因此，綜合分析后確定，將GIS站劃分為3個區域，按A，B，C三相共9批次進行交流耐壓試驗和局放試驗。試驗分區方案如圖2所示。

交流耐壓采用變頻串聯諧振裝置，耐壓試驗接線原理如圖3所示。根據圖3對試驗范圍的設備進行隔離和連接交流試驗電源連接線，并在交流耐壓試驗升壓之前，先通過變頻串聯諧振裝置自動尋找諧振頻率，確認試驗電源頻率在100 Hz以上，確保電磁式電壓互感器不在試驗過程中發生鐵芯磁飽和，然后再按試驗步驟逐級升高試驗電壓。

圖3 交流耐壓試驗原理接線

圖1 GIS主接線

圖2 GIS耐壓試驗分區方案

加壓程序為：先進行318 kV電壓下的老練試驗10 min，再進行500 kV額定電壓試驗3 min，最后進行592 kV電壓試驗1 min。交流耐壓試驗加壓程序如圖4所示。

圖4 交流耐壓試驗加壓程序

3 GIS站耐壓試驗過程

3.1 耐壓試驗加壓方式

3.1.1 耐壓試驗前準備

(1) 神萬一線、神萬二線轉檢修，在線路上掛臨時接地線后，分別解開神萬一、二線出線高壓套管與線路，在高壓套管均壓環上接試驗電壓線。

(2) 拆除GIS至1號主變、2號主變和1號啟備變的GIL連接管，并在GIL下端裝屏蔽罩，斷開與變壓器的連接。

(3) 拆除1號主變、2號主變、1號啟備變、神萬一線、神萬二線、500 kVⅠ，Ⅱ母避雷器的連接導電桿，退出避雷器。

3.1.2 耐壓試驗范圍

(1) 試驗范圍①：按圖2分區①，合上(或斷開)相應開關(隔離刀閘)，在神萬一線出線A，B，C三相套管處，分別施加試驗電壓，試驗頻率為102 Hz。

(2) 試驗范圍②：按圖2分區②，合上(或斷開)相應開關(隔離刀閘)，在神萬二線出線A，B，C三相套管處，分別施加試驗電壓，試驗頻率為101 Hz。

(3) 試驗范圍③：按圖2分區③，合上(或斷開)相應開關(隔離刀閘)，在神萬二線出線A，B，C三相套管處，分別施加試驗電壓，試驗頻率為100.5 Hz。

按GIS站耐壓試驗方案，先后進行了試驗范圍①，②的A，B，C相和試驗范圍③的A，C相GIS設備交流耐壓試驗，均按加壓程序一次性通過。但在進行試驗范圍③的B相GIS設備耐壓試驗時，發生了火花放電故障。

3.2 試驗范圍③的B相試驗過程

第1次交流耐壓試驗于2014-07-29進行。在318 kV老練試驗結束后，向500 kV升壓過程中當電壓升至460 kV時，GIS室1號啟備變5001開關負荷側CT下法蘭通風孔出現火花放電；降壓至400 kV，火花放電消失。檢查沒有放電痕跡，再次進行升壓試驗，升壓至460 kV時，該處又出現放電，于是停止試驗。次日，拆開該CT外殼檢查，未發現放電痕跡，繼續以該CT為中心，擴大檢查范圍，優先拆除CT盆式絕緣子。

8月3日，因5001開關兩端盆式絕緣子現場不具備拆除檢查條件，所以只安排了CT及CT上部盆式絕緣子清掃(該盆式絕緣子表面有黑色的放電粉末)。清掃后，第2次對試驗范圍③的B相GIS設備進行耐壓試驗，當電壓升至576 kV時，Ⅰ母母線盤式絕緣子鋼圈外殼抱箍螺絲出現放電現象，放電聲音明顯，肉眼可觀察到有微藍色電火花。西開廠家代表認為這是接地螺絲虛接引起的，需進行檢查處理。對I母母線盤式絕緣子鋼圈外殼抱箍螺絲逐個進行緊固后，第3次進行耐壓試驗；當電壓升至400 kV時，該處依然放電。現場又采用裸銅接地線直接將Ⅰ母母線盤式絕緣子鋼圈外殼抱箍螺絲放電點與大地連接，排除了接地螺絲虛接的原因。于是第4次進行耐壓試驗，當電壓升至480 kV時，該處仍放電，同時5001開關負荷側CT下法蘭螺絲通風孔放電(以下簡稱“2處放電點”)。廠家認為是50011 B相隔離刀閘動靜觸頭接觸不良。次日，將50011 B相隔離。解體刀閘檢查，未發現放電現象，恢復50111 B相隔離刀閘。

8月9日，第5次進行耐壓試驗。2處放電點在460 kV試驗電壓下還是放電。經電氣專業討論，決定斷開5001開關，對分區③內神萬二線、5021開關間隔、Ⅰ母、50111刀閘、50011刀閘區域單獨進行耐壓試驗；耐壓試驗成功，表明故障點在5001開關與1號啟備變之間。然后，斷開5001開關，耐壓試驗仍成功。經討論，決定打開5001開關與1號啟備變的GIS管進行檢查。但是，解開5001開關與1號啟備變的GIS管，沒有找到明顯的放電痕跡，于是重新恢復拆開的GIS管。

8月13日，第6次進行耐壓試驗。I母母線盤式絕緣子外殼鋼圈抱箍螺絲和5001開關負荷側CT下法蘭螺絲通風孔在440 kV試驗電壓下放電。經電氣專業專題會議研究決定：先從GIS上拆下1號啟備變高壓側B相PT，第7次進行耐壓試驗，試驗合格，據此判斷1號啟備變高壓側B相PT有問題，立即返廠更換。

9月2日，將返廠更換后的PT回裝后，第8次進行耐壓試驗，試驗合格。至此，該電廠500 kV GIS站耐壓試驗全部完成。

4 GIS耐壓試驗火花放電原因分析

4.1 PT盆式絕緣子放電分析

(1) GIS內部的導電桿與GIS金屬外殼之間依靠盆式絕緣子實現電氣隔離和固定。

(2) 在1號啟備變高壓側PT返廠解體過程中，發現該PT的盆式絕緣子凹面有密密麻麻的放電痕跡，說明該盆式絕緣子就是問題所在。

(3) 經檢查，該盆式絕緣子密密麻麻的放電痕跡并不全是現場試驗形成的；這表明該絕緣子出廠試驗把關不嚴，誤將不合格絕緣子作為合格品進行了PT組裝。

(4) 盆式絕緣子質量存在缺陷。

(5) 現場不具備解體檢查PT的條件，無法在安裝前判斷PT是否存在故障，只有待系統組裝完畢后，才能整體進行耐壓試驗檢驗PT。

4.2 螺絲尖端放電分析

(1) GIS耐壓試驗螺絲出現火花放電，說明GIS內部的導電桿與GIS金屬外殼之間的盆式絕緣子表面或內部絕緣下降，高壓電傳導至金屬外殼，與金屬外殼相連的螺絲等處曲率半徑小的部件局部電場強度異常升高，發生尖端放電。

(2) PT盆式絕緣子放電激發暫態過電壓，其電壓具有很高的幅值，引發螺絲尖端放電。當激發源PT退出(斷開5001開關)后，尖端放電消失。

5 法蘭通風孔放電原因分析

(1) 5001開關負荷側CT下法蘭通風孔第1次放電電壓是460 kV；清掃CT上方盆式絕緣子后，絕緣強度恢復，第2次進行耐壓試驗時放電電壓達到576 kV。

(2) 5001開關負荷側CT下法蘭通風孔第3次至第8次放電電壓都逐次降低，這是1號啟備變高壓側PT盆式絕緣子經多次放電，使其絕緣強度逐漸下降所致。

(3) 更換1號啟備變高壓側B相PT，消除盤式絕緣子沿面放電后，5001開關負荷側CT下法蘭通風孔處的GIL外殼的局部強電傷不再存在，放電消失。

6 確保GIS耐壓試驗一次性成功的措施

(1) 招投標時嚴格篩選供貨廠家，要求廠家具備相關資質，質量控制好、業績好、信譽好，且要在合同中嚴格規定質量要求和違約處罰。

(2) 加強對GIS設備每一個設備元件的監造，確保每一個元件的每一道工藝嚴格符合標準，尤其是盆式絕緣子。絕緣子采用陶瓷材料，必須從胚胎制作、高溫煅燒、后期打磨及上釉等各個環節進行嚴格質量控制。

(3) 加強設備出廠的工廠現場試驗見證驗收，確保不合格品堅決不出廠，不能“濫竽充數”。

(4) 在500 kV GIS設備耐壓試驗之前，試驗方必須充分收集被試品的原始資料，及時發現設備早期問題，以便早作處理。

(5) 加強現場施工安全文明管理，施工作業環境實現無塵化，確保現場GIS設備組裝嚴格按工藝要求進行。

2015-06-06。

張太林(1973-)，男，高級工程師，主要從事運行管理方面的工作，email：gagsztl@163.com。

張小兵(1984-)，男，助理工程師，主要從事集控運行工作。

楊采風(1984-)，男，助理工程師，主要從事集控運行工作。

馬心雨(1984-)，男，助理工程師，主要從事集控運行工作。