紫蘭壩電站SF6全封閉組合電器母線回路故障的查找及處理

楊 光 霞

(華電四川寶珠寺水力發(fā)電廠，四川 廣元　628003)

紫蘭壩電站SF6全封閉組合電器母線回路故障的查找及處理

楊 光 霞

(華電四川寶珠寺水力發(fā)電廠，四川 廣元628003)

摘要：隨著目前GIS在電站的廣泛應用,通過本次對紫蘭壩電站GIS的故障查找、分析以及處理過程，對我們今后的GIS絕緣監(jiān)測工作提出一個新的思考。預試工作應當堅持科學的態(tài)度，對試驗結果必須全面地，歷史地綜合分析，掌握設備性能變化的規(guī)律和趨勢，并以此來正確判斷設備絕緣狀況，為檢修提供依據，使設備處于良好運行狀態(tài)。

關鍵詞：紫蘭壩水電站；故障點；查找過程；原因；處理；建議

1概述

紫蘭壩水電站位于四川省廣元市境內，是白龍江干流梯級開發(fā)規(guī)劃中的最后一個梯級水電站。本電站上游距已發(fā)電的寶珠寺電站14 km，下游距寶成鐵路昭化火車站4 km。電站安裝3臺34 MW燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量102 MW。電站發(fā)電機出口電壓為10.5 kV，發(fā)電機與變壓器組合采用發(fā)電機-變壓器單元接線方式，發(fā)電機出口設有出口真空斷路器。主變壓器高壓側為110 kV，單母線分段接線，開關站采用西安西開高壓電氣股份有限公司生產的六氟化硫全封閉組合電器(GIS)。

GIS與傳統(tǒng)的敞開式開關設備比較,具有占地面積與空間體積小、運行安全可靠、維護方便、設備檢修間隔周期長、安裝方便等特點。目前被許多大型電站采用。

但是GIS也面臨潛在缺點,一旦出現事故,危害后果比分離式敞開設備嚴重得多,修復周期也長,故障維修甚為復雜。本文以紫蘭壩電站機組二號發(fā)電機2F檢修預試時發(fā)現GIS母線回路故障來探討GIS絕緣監(jiān)督問題。

2發(fā)現故障后的高壓試驗

2F機組于2006年12月投入運行，其主變2B從投運至檢修前未出現過載運行及受到短路沖擊，一直處于額定工況下運行。

2007年12月，紫蘭壩電站2F機組進行第一次檢查性大修，如圖1所示2F電氣一次主接線圖。從主變2B高壓側油氣套管開始采用GIS。

圖1　2F機組電氣一次主接線圖

由于運行時間僅一年，GIS屬于免維護期,本次大修預試項目并未有GIS試驗項目。在對二號主變壓器2B進行高壓側直流電阻測試時，因為GIS全封閉的特殊性,需通過在主變GIS出口接地地刀閘G10230處進行測試。合上2B出口斷路器DL201，打開接地刀閘G10230的三相接地連接片，從接地刀閘刀的A、B、C三相引出線至主變中性點套管處分別測試高壓側三相直流電阻。其阻值包含高壓側繞組相間直阻，從油氣套管至接地刀閘G10230之間的GIS導電回路電阻。

測試使用金迪生產的JD2540直流電阻測試儀，采用40A直流電流進行測試。具體測量出的繞組數據如下表：

表1　2B高壓側繞組直流電阻　/mΩ

3故障點查找過程

測量主變高壓繞組直流電阻時,包含高壓側油氣套管至GIS主變出口接地刀閘G10230之間的母線導電回路電阻,以及SF6斷路器DL102。但是母線和斷路器的直流電阻應很小，據廠家出廠試驗數據該段GIS的回路電阻不超過1.3 mΩ,不應對主變高壓側直流電阻造成增大很多的影響。

為排除主變壓器繞組的問題,決定將主變高壓側套管SF6氣體排出回收。 打開油氣套管手孔，由試驗人員直接對連接導體及2B高壓繞組做直流電阻測試(油氣套管內試驗測量位置如圖2)。

在高壓套管母線連接處直接測量高壓繞組直流電阻，排除GIS對繞組直流電阻的影響。兩次測量結果如下表：

通過以上測量數據，得出繞組相間三相之間最大差別為0.18%，繞組線間三相最大差別為0.035%。直阻符合預試規(guī)程的要求，證明主變繞組無問題。因此，可以判斷是主變油氣套管至GIS接地刀閘G10230這段的原因造成所測繞組直流電阻增大。為進一步查找出故障點，需對2B高壓側GIS母線回路進行測試。

通過調整2B高壓側GIS水平段母線支撐后

圖2　高壓油氣套管直流電阻測量位置圖

/mΩ

(為排除GIS母線室因地基沉降而造成GIS內導體接觸不良的可能)。接著，我們又對主變油氣套管至G10230隔離刀閘之間的GIS回路電阻進行回路電阻測試。由于GIS回路電阻測量要求在使用不小于100 A的直流電流條件下進行，直流電阻測試儀已經不能滿足GIS回路電阻測試的要求，結合現場設備采用直流電焊機輸出直流大電流的方式來測量回路電阻，找出GIS內部的故障點。測量原理接線圖如下圖：

從圖4可看出,萃取相比對銣、鉀的萃取率有顯著的影響，隨著萃取相比的增大，銣、鉀的萃取率都是逐漸增加。當萃取相比VO/VA>3時，銣的萃取率增加趨緩；而此時，鉀的萃取率有較大的增長趨勢。當萃取相比VO/VA>4時，鉀的萃取率增加趨勢變得平緩。銣鉀分離系數隨著萃取相比的增加逐漸減小，當萃取相比VO/VA>3時，銣鉀分離系數降低明顯。當萃取相比VO/VA=3時，有機相有較高的萃銣能力，且鉀的萃取率較低，銣鉀分離系數較大。因此，選擇萃取相比為VO/VA=3。

圖3　GIS直流電阻測量原理接線圖

圖中V為高內阻電壓表 mv為毫伏表，分流計為變比300 A/75 mv

式中U為電壓表讀數(V)；I為分流記mv表讀數×變比(A)

廠家要求2B主變油氣套管到該間隔隔離開關地刀(不含地刀)回路電阻理論值≦1.3 mΩ，現場實測值不應大于理論值的120%。

測試主變油氣套管至接地刀閘G10230處回路電阻如下表：

表3　GIS回路電阻　/mΩ

由測量數據分析2B高壓側整體GIS母線回路直流電阻數據三相嚴重超標。為快捷而準確地找到故障點。采取分段試驗排除，但G1022至2B高壓側GIS母線回路共7個氣室，除G1021(G10230和G1021同在一個氣室)與DL102為獨立氣室外，其余各氣室均由外部金屬軟管連通，長約25 m的GIS母線回路，中間導體的連接部件很多。在與GIS設備廠家技術人員商議后，決定對這7個氣室內的導電回路分4段進行直流電阻測試。之后，工作人員逐段對這4段氣室SF6氣體進行了回收，并對導電回路進行直流電阻測試，分段試驗情況如下圖所示：

圖4　分段試驗情況圖

各段測試結果如下：

表4　GIS各段回路電阻　/mΩ

由表4數據可得知，排除1、2、3段，而第4段三相數據相差較大，故初步判斷故障點在第4段中，即主變出口至氣室豎直段之間。隨后，工作人員打開此段氣室手孔，探頭進入目測檢查，發(fā)現故障點為氣室間盆式絕緣子上梅花觸頭與管型鋁母線的連接處，三相均有不同程度的碳化發(fā)黑現象(如圖5、圖6),A、B相尤為嚴重。

4故障原因

(1)GIS母線室地基沉降，可能造成GIS氣室位移，內部導體接觸松動，導致長期運行發(fā)熱。通過水工觀測2B高壓側GIS水平段母線平衡度，發(fā)現水平段母線安裝高程的最高處與最低處相差超過約2 cm，在對2B高壓側GIS水平段母線支撐進行了調整后測試回路電阻，數據并無明顯變化(見表3數據)，排除了主要因地基沉降造成了GIS過流部件接觸不良的可能。

圖5　碳化發(fā)黑的管型鋁母線

(2)GIS設備生產及安裝質量存在隱患。故障點處的過流部件加工精度不夠，及梅花觸指壓力偏小，安裝中各導電接觸面未按規(guī)定進行清潔(GIS設備安裝過程中對環(huán)境清潔度、濕度等要求極高。在后來的分析會中，GIS廠家人員也承認安裝過程中存在監(jiān)督、指導不力的因素)，導致接

圖6　碳化發(fā)黑的梅花觸頭

觸不良，長期運行發(fā)熱所致。

(3)通過觀察、測量發(fā)現與故障段氣室相連的波紋管軟連接的拉伸尺寸有偏差。原規(guī)定30 cm的拉伸尺寸(廠家規(guī)定值)，現尺寸為31.8 cm，超過規(guī)定1.8 cm。通過分析可認為，由于二號主變2B安裝基礎或GIS設計的差錯，產生了安裝時GIS母線與2B高壓側對接位置上尺寸的偏差，導致過流部件梅花觸頭與管型鋁母線接觸不到位，造成觸頭與管母的接觸面積小于規(guī)定值要求。隨著設備投運時間的延長，及導體間的電動力的作用，觸頭與管母接觸面積不足及接觸松動導致部件發(fā)熱氧化。接觸面的氧化致使接觸電阻的進一步增大，發(fā)熱就更加嚴重，形成一種惡性循環(huán)，隱患就逐步升級，最終造成梅花觸頭與管型鋁母線的連接處嚴重碳化發(fā)黑。

5故障處理

5.1拆卸氣室，更換部件

為防止所處理故障氣室的盆式絕緣子受相鄰氣室壓力過大而損壞。工作人員先對故障氣室兩端相鄰氣室的SF6氣體進行回收至0.2 MPa，再回收盡故障氣室SF6氣體。打開故障氣室拆除安裝有故障梅花觸頭的盆式絕緣子及管型鋁母線，清掃故障氣室及盆式絕緣子，更換新的梅花觸頭及加長的管型鋁母線。

5.2直流電阻測試

對更換部件后的2B高壓側GIS母線回路(高壓油氣套管至DL102出口接地刀閘G102130)整體做直流電阻測試，三相數據平衡、大小合格，滿足廠家≤1.3 mΩ的要求,具體試驗數據如下：

表5　2B高壓側至G10230回路電阻/mΩ

加上2B高壓繞組直流電阻值后的數據如下：

表6　G10230處測得2B高壓側直路電阻/mΩ

高壓繞組直流電阻三相平衡，符合電氣預試規(guī)程的要求。

5.3處理完后的交流耐壓試驗

在GIS母線回路整體充氣靜置24 h后，回收盡油氣套管內SF6氣體。斷開油氣套管內2B高壓繞組與GIS母線的導體連接，退出線路間隔和相鄰母線TV及2B間隔相關的所有保護和控制回路，由GIS出線空氣套管處加壓，對此段檢修過的GIS母線做耐壓試驗。根據事先制定的試驗方案，先進行老煉凈化：65 kV歷時5 min，110 kV歷時3 min，最后加壓184 kV(該GIS出廠試驗電壓為230 kV,耐壓值為出廠值的80%),歷時1 min,耐壓合格。恢復油氣套管內導體連接，封閉氣室抽真空，檢漏后對油氣套管充SF6氣體至0.4 MPa。利用SF6氣體檢漏探測儀進行檢測無滲漏，處理完畢，投運后正常運行至今。

由于GIS是全封閉組合電器，雖然我們按照一次接線圖斷開有關隔離刀閘以及斷路器，但沒有明確可見斷開點。為防止感應電傷人，保證檢修測量人員和設備的安全，必須將主變所在的母線包括母線所帶出線全部停電，方能進行檢修試驗工作。

6GIS的預試建議

由于GIS是全封閉,免維護,如何在停機檢修及時發(fā)現GIS存在的缺陷,保證設備安全運行。雖然廠家均承諾基本免維護。但基于安裝不規(guī)范及交接驗收不嚴格等原因，對于新投產的GIS設備在其首次大修時對其進行全面的檢修、預試非常必要。

由于目前預試規(guī)程對GIS的標準要求不詳細，為保證GIS設備的穩(wěn)定運行，和廠家商討后制定出監(jiān)測方法。其中，對容易出問題的觸指接觸電阻，以及隔離開關等的回路電阻值制定出相應的標準范圍和檢測手段。廠家規(guī)定110 kV的GIS設備各回路電阻理論計算標準如下：

建議1-3年對GIS一次回路電阻進行檢測。

表7　GIS設備回路電阻理論計算標準

母線電阻測量位置如下：

圖7　GIS母線測量位置圖

平時還應運用SF6氣體檢漏儀、SF6水分測試，監(jiān)視各氣室壓力，以及紅外成像拍攝比較分析同一部位不同時期的熱圖溫度來粗略判斷各部位發(fā)熱的狀況等手段對GIS進行周期性的檢測，及時掌握GIS設備的運行狀況。

7結語

隨著目前GIS在電站的廣泛應用,通過本次對紫蘭壩電站GIS的故障查找、分析以及處理過程，對我們今后的GIS絕緣監(jiān)測工作提出一個新的思考。預試工作應當堅持科學的態(tài)度，對試驗結果必須全面地，歷史地綜合分析，掌握設備性能變化的規(guī)律和趨勢，并以此來正確判斷設備絕緣狀況，為檢修提供依據，使設備處于良好運行狀態(tài)。

參考文獻：

[1]《DL/T 596—1996 電氣預防性試驗規(guī)程》

[2]陳華剛《電氣設備預防性試驗方法》 北京:水利電力出版社,1994

[3]西安西開高壓電氣股份有限公司《GIS產品出廠試驗主回路電阻測量標準方案》

收稿日期:2016-03-29

中圖分類號:[TM622]；U224.2+7；U472.42

文獻標識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0112-05

作者簡介:

楊光霞(1975-)，女，四川都江堰人，畢業(yè)于成都電力職工大學發(fā)電廠及變電站專業(yè)，助理工程師，現于華電四川寶珠寺水力發(fā)電廠從事電氣高壓試驗工作.

(責任編輯：卓政昌)