利用主變感應升壓方式對GIS進行交流耐壓試驗

王基清

(云南華電魯地拉水電有限公司，云南 賓川　671211)

?

利用主變感應升壓方式對GIS進行交流耐壓試驗

王基清

(云南華電魯地拉水電有限公司，云南 賓川671211)

摘要：云南華電魯地拉水電有限公司#5發電機變壓器組在投產前，零起升壓過程中六氟化硫封閉式組合電器(GIS)發生擊穿放電，對事故原因進行了分析，通過試驗方案比選，確定處理后的加壓部位和試驗標準。經過解體檢查，確認事故直接原因為安裝過程中未嚴格執行工藝流程，粉塵異物未能清理徹底，并提出了防范措施。

關鍵詞：主變壓器；感應升壓；封閉式組合電器；交流耐壓試驗；防范措施

1情況概述

云南華電魯地拉水電有限公司(以下簡稱魯地拉水電公司)地下引水式廠房布置在金沙江右岸，裝有6臺360 MW立軸半傘式水輪發電機組，機組出口設有斷路器，發電機與主變壓器采用聯合單元接線，經地下六氟化硫封閉式組合電器(GIS)與交聯電纜引接至地面GIS，采用500 kV一級電壓接入云南電網，在滿足云南電力需求的同時，還參與“云電外送”。主接線采用3/2斷路器接線。地下GIS交流耐壓試驗因受場地空間限制，只能在出線平臺加壓，經過高壓電纜進行試驗。

2014年7月，#5發電機投產前，在帶主變壓器零起升壓試驗過程中，機組電壓升至17 kV時，#5主變壓器差動保護動作，跳開#5發電機051斷路器，發電機空載運行正常，放電擊穿瞬間伴有強烈的異響，現場檢查時空氣中彌漫著刺鼻異味。對故障錄波圖進行詳細分析，初步判斷故障點在#5主變壓器B相差動保護電流互感器內側。

2處理及試驗

打開#5主變壓器B相高壓側GIS氣室隔離開關蓋板，發現隔離開關下端盆式絕緣子及導體存在對GIS外殼放電后的碳化痕跡，如圖1所示。對#5發電機變壓器組(以下簡稱發變組)單元設備進行常規檢查試驗及色譜分析，未發現異常。

圖1　擊穿故障點

組織項目監理、施工、設計方及GIS、高壓電纜、主變壓器生產廠家代表與魯地拉水電公司相關人員召開專題會議討論，確定更換該氣室隔離開關，并進行交流耐壓試驗以檢驗設備絕緣性能。

2.1加壓點確定

方案1為在出線平臺外施高壓的方式進行耐壓試驗，如圖2所示。

方案2為利用主變壓器感應升壓的方式進行耐壓試驗，如圖3所示。

2.2加壓方案比選

(1)方案1采用出線平臺外施高壓耐壓的方式，其優點為主變壓器B相不參與交流耐壓試驗，其缺點為試驗電壓低，高壓電纜重復耐壓，需向電網申請龍魯線停電，造成非計劃停運，影響龍開口及該電站的送出；需拆、接線路與高壓出線套管之間的過渡連接線，搶修工期長，電網的可靠性降低；需使用汽車吊來搬運試驗設備，安全風險高。汽車吊租用及電費等合計853.44萬元。

(2)方案2利用主變壓器感應升壓的方式進行耐壓試驗，其優點為避免非計劃停運，搶修工期短；不需要拆、接引線，安全風險低；當試品擊穿時，擊穿電流小，失去諧振條件，高電壓也立即消失，電弧即刻熄滅，不會出現任何恢復過電壓，被試品得到有效保護。其缺點為試驗電壓略低；試驗時間短；主變壓器B相重復耐壓。試驗費用及電費合計291.48萬元。

圖2　出線平臺外施高壓方式

圖3　主變壓器感應升壓方式

2.3方案及試驗電壓確定

在費用方面，方案2可間接減小經濟損失561.96萬元。

在電壓確定方面，根據GB 50150—2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》規定[1]，安裝交接試驗電壓為出廠試驗電壓值的80%，即80%×740 kV=592 kV。方案1電纜試驗電壓為510 kV，方案2主變壓器感應耐壓值為539.8 kV，2個方案的試驗電壓最初均遭到高壓電纜、主變壓器生產廠家的拒絕。

綜合上述2個方案比選，經參會人員充分討論及主變壓器廠家的同意，確定采用方案2為最終試驗方案，試驗電壓為476 kV，進行老練凈化試驗。

2.4試驗設備及被試品參數

試驗設備及測量儀器型號參數見表1，被試品參數見表2，GIS電容為840 pF。

2.5試驗參數估算[2]

2.5.1鐵損的估算

表1　試驗設備及測量儀器型號參數

{(50/200)×476/317}1.9×76=108.3 kW，

式中：P0為試驗頻率下的鐵損，kW；fn為變壓器額定頻率，50 Hz；fs為試驗設備的輸出頻率，200 Hz；ks為試驗電壓與額定電壓的比值；P0′為額定頻率下的鐵損，kW；m為系數，對冷軋硅鋼片取1.6，對熱軋硅鋼片取1.3；n為系數，對冷軋硅鋼片取1.9，對熱軋硅鋼片取1.8。

2.5.2容性無功功率估算

Qc=ωCU2=2×3.14×200×(5 600+

840)×10-12×(476×103)2÷1 000=

式中：Qc為容性無功功率；ω為試驗時角頻率；C為被試品的電容(由變壓器和GIS的電容量組成)；U為試驗電壓，476 kV。

2.5.3視在功率

根據計算，勵磁變壓器、補償電抗器額定電壓Ue=35 kV，Us

根據表1可知，試驗設備容量為300+1 000+1 050=23 500 (kV·A)，試驗設備容量大于試驗所需的視在功率，故整套電源裝置完全滿足試驗需要。

2.6隔離開關更換[3-5]

(1)按照廠家及ZF8-550斷路器安裝工藝要求更換隔離開關。

(2)支架與地腳螺栓緊固及接地線連接后，手動分、合閘操作隔離開關和接地開關，檢查機構是否靈活，在合閘位置測量接觸電阻，連接主變壓器高壓套管與GIS導體，測量帶主變壓器繞組的直流電阻，分析比較2個阻值是否與出廠值和安裝值相近。

(3)抽真空，充氣，靜止48 h后，對SF6氣室進行定量檢漏、微水及成分測量，合格后進行交流耐壓試驗。

2.7交流耐壓試驗

試驗接線如圖4所示。圖中：M為電動機；F為發電機；B為勵磁升壓變壓器；L為補償電抗器；T為主變壓器。

圖4　試驗接線示意

交流耐壓試驗加壓時間順序如圖5所示。

圖5　交流耐壓試驗加壓時間順序

采取以下安全措施。

(1)拉開50056隔離開關，合上500560接地開關。

(2)將#5主變壓器B相中性點、高壓側及GIS段電流互感器二次繞組短路接地，將#5主變壓器高壓側帶電顯示器進線端短路接地。

(3)拆除#5主變壓器低壓側軟連接，根據現場情況布置試驗設備，選擇額定電流大于400 A的斷路器為試驗電源開關。

(4)試驗現場設置安全圍欄，并向外懸掛“止步，高壓危險”標示牌，四周派專人看守。

2.8升壓試驗

試驗負責人檢查確認試驗接線、表計倍率是否滿足試驗要求。預升壓至50 kV，觀察電壓、電流的變化情況，防止發生突變現象。緩慢升壓至254 kV電壓，進行老練凈化，時間為10 min，360 kV老練凈化5 min，400 kV繼續老練凈化1 min，最后升到476 kV進行耐壓試驗1 min。試驗中未發生電流、電壓突變和擊穿、閃絡現象,耐壓試驗一次通過，證明設備絕緣性能良好。

3故障原因分析

設備返廠后，對隔離開關進行解體檢查。

(1)打開包裝蓋板，隔離開關殼體內存在白色粉末，用吸塵器、杜邦紙清理內部，手動分、合隔離開關、接地開關，檢查動靜觸頭對中情況完好。

(2)拆除接地開關進行檢查，接地開關裝配符合技術要求，動觸頭表面摩擦痕跡均勻。

(3)拆除現場放電的盆子，檢查隔離開關動、靜觸頭接觸良好。

(4)對殼體放電噴濺部位進行清理、檢查，盆子熏黑部位無凹陷、突起，光滑平整。

(5)用杜邦紙蘸取專業清洗劑清洗盆子，清洗完后盆子表面應光滑、干凈，X光探傷試驗合格，清理干凈的盆子在0.3 MPa氣壓下進行740 kV耐壓及局部放電試驗合格。

(6)經解體檢查，確認此次放電故障不是因產品結構不當造成。

氣室中如果存在粉塵異物，就有可能發生絕緣故障。該種原因導致絕緣故障具有一定的隨機性，并且和粉塵類型有很大關系。由于裝配時未清潔徹底，運行過程中導體的磨損及振動而產生粉塵異物。粉塵異物在電動力場及氣流場的作用下進行移動，這種移動會破壞設備的絕緣水平。

試驗范圍存在死區，主要存在以下錯誤。

(1)本應在主變壓器感應耐壓試驗和#5，#6主變壓器聯合單元間隔試驗結束后，連接主變壓器高壓側套管與GIS導體，施工方未按照工藝流程施工。

(2)在進行#5，#6主變壓器聯合單元間隔試驗時，在未斷開主變壓器高壓側套管與GIS導體的情況下，采用斷開50056隔離開關的方式隔離主變壓器進行試驗，導致主變壓器高壓側GIS未進行耐壓試驗。

通過以上分析，造成本次絕緣擊穿的直接原因是安裝過程中未嚴格執行工藝流程，粉塵異物未能清理徹底。根本原因是試驗方責任心不強，試驗方法不當，最終導致事故的發生。

4防范措施

(1)設計、選型技術條件必須滿足國家和行業有關標準、反事故措施要求及設備實際運行條件，在滿足有關標準的前提下，還應特別注意與電網間的參數配合。

(2)加強駐廠監造，參與材質檢驗、機械性能和出廠電氣性能的質量鑒定，在安裝及檢修作業過程中，加強內、外部衛生的檢查與監管，規范作業流程，嚴格按照現場安裝工藝、國家及行業相關標準進行調試、驗收，保證現場設備安裝合格。

(3)運行中加強設備巡檢力度，壓力降低時一定要查明原因，不得以隨時補氣代替查找泄漏點，發現問題應及時處理。定期進行SF6微水、泄漏和分解物含量的測量及密度繼電器校驗，補氣時應使用檢驗合格的SF6氣體。

5結束語

本次事故雖未造成發變組單元設備損壞，經濟損失較小，未對電網安全運行造成直接影響，但教訓是深刻的，在今后的安裝、檢修、缺陷處理過程中必須加強質量管控，增強責任意識，嚴格執行各項工藝流程，創造條件進行交流耐壓試驗，通過交流耐壓試驗，驗證設備投運后的絕緣裕度是否滿足電網安全穩定運行的要求。

參考文獻：

[1]電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準：GB 50150—2006[S].

[2]李建明，朱康主.高壓電氣設備試驗方法[M].2版.北京：中國電力出版社，2001.

[3]額定電壓72.5 kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關設備：GB 7674—2008[S].

[4]六氟化硫電氣設備中氣體管理和檢測導則：GB/T 8905—2012[S].

[5]電力變壓器 第3部分：絕緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙：GB 1094.3—2003[S].

(本文責編：弋洋)

收稿日期:2015-08-25；修回日期:2016-03-15

中圖分類號：TM 595

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1951(2016)03-0017-04

作者簡介：

王基清(1967—)，男，云南巧家人，助理工程師，從事技術監督管理工作(E-mail:2497627171@qq.com)。