一起GIL單相永久接地故障范圍分析

王 升

(雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051)

氣體絕緣金屬封閉輸電線路(Gas Insulated Metal Enclosed Transmission Line,GIL)作為一種新型的輸電線路，具有輸電容量大、損耗小、占地少、布置靈活、可靠性高、免維護、壽命長、與環境相互影響小等優點，采用GIL可解決特殊氣象環境或特殊地段的輸電線路架設問題，通過合理規劃和設計，不但可以大大降低系統造價，而且也能提高系統的可靠性，因此GIL越來越多的在大型水電站中得到應用[1]。GIL在大型水電站中通常作為地下廠房GIS開關站和廠外架空線之間的連接，其繼電保護范圍一般包含在線路保護范圍內，未對其單獨配置繼電保護裝置，因此GIL發生單相接地故障時，線路保護裝置會啟動跳開相應的線路開關，故障測距為0 km[2]。如果僅參考線路保護裝置、行波測距和故障錄波裝置的故障測距數據，是不能判斷故障點是在廠內GIS及GIL設備，還是廠外出線場附近架空線路。若故障范圍不能確定，則影響線路是否具備試送和線路開關是否具備合環運行的判斷。

錦屏一級水電站500 kV一次設備主接線采用3串三分之四斷路器接線，共有6臺發變組和3回出線，3回出線經廠內GIS接出后，采用GIL送至廠外出線場，再由500 kV架空線路送至82 km外的換流站。本文針對該水電站內500 kV GIL曾發生的一起短路接地故障，利用線路保護、故障錄波和穩控裝置所測得的故障電流，結合500 kV保護配置圖來綜合判斷故障范圍，為后續事故處理提供重要參考。

1 系統配置

站內每條線路的線路保護共配置2套，每套線路保護配置1套南瑞RCS-985GMV超高壓線路電流差動保護裝置和1套RCS-925G過電壓保護及故障啟動裝置。2套保護配置完全獨立，保護裝置采集的線路電流為2個線路開關靠母線側的CT電流。

站內500 kV GIS系統配置1套故障錄波裝置，選用ZH-5嵌入式電力故障錄波分析裝置。該裝置能記錄500 kV系統故障全過程的信息和數據，并進行計算處理。該裝置能進行電流、電壓幅值、峰值、有效值、頻率計算；有功、無功功率計算；具有連續監視500 kV線路故障和系統振蕩的能力。故障錄波裝置測量的線路電流取自線路開關和線路刀閘之間的線路短引線上的CT。

線路開關和線路刀閘之間的線路短引線接線圖如圖1所示。

圖1 線路短引線接線圖

站內的穩控裝置采用雙重化配置，均為南瑞SCS-500型穩控裝置，2套裝置功能完全相同、相互獨立。穩控裝置主要監測線路、母線和發變組的運行情況，識別系統運行方式，進行故障判別，并按策略表執行相應的控制措施，以提高電力系統的穩定性。穩控裝置測量的線路電流取自線路刀閘外側出線CT。線路刀閘至廠外架空線路之間的線路GIL接線圖如圖2所示。

2 故障現象

錦屏一級水電站曾發生過一起GIL單相短路接地故障，故障發生后線路保護動作且啟動重合閘，跳開故障相線路開關，開關重合于故障后溝通三跳，跳開故障線路開關三相。經檢查，線路保護裝置測距結果為0 km，故障電流為5.78 A(二次值)。行波測距裝置單端測距結果為故障點距離換流站82.588 km(即距離本站0.662 km)[3]。

接地故障發生后故障錄波裝置啟動，啟動原因為分相電流差動保護動作，故障錄波測量故障位置為0.059 km，查看故障錄波裝置屏上顯示的故障電流如圖3所示[4]。

從線路保護裝置、行波測距裝置和故障錄波裝置的測距結果看故障點在電站側附近，但無法確定是廠內GIL還是廠外架空線路。

圖2 線路GIL接線圖

圖3 故障時故障錄波線路電流

GIL單相永久接地故障時，故障線路跳閘，穩控裝置同時也會發出運行方式異常告警，并記錄故障線路的電流，穩控裝置上顯示的故障電流如圖4所示[5]。

圖4 故障時穩控裝置線路電流

3 故障分析

根據錦屏一級水電站500 kV一次設備主接線圖，當發生線路單相永久接地故障，且故障測距為0 km，則故障點可能在以下三個位置：

1)線路開關至線路刀閘之間的短引線；

2)線路刀閘至出線場的GIL；

3)出線場附件的架空線路。

對上述三個故障點的詳細分析如下。

1)線路開關至線路刀閘之間的短引線。如果故障點在線路開關到線路刀閘之間的線路短引線上，由圖1可知，對于線路保護和故障錄波裝置的CT回路而言，線路保護裝置CT測量的電流為本側母線給故障點直接提供的故障電流，而故障錄波裝置所測量電流為換流站通過線路(存在線路阻抗)提供的故障電流，因此線路保護裝置所測量電流會大于故障錄波裝置所測量電流。

2)線路刀閘至出線場的GIL。如果故障點在線路刀閘至出線場的GIL上，由圖2可知，對于故障錄波裝置和穩控裝置的CT回路而言，由于故障錄波裝置所測量電流為本側母線給故障點直接提供的故障電流，而穩控裝置所測量電流為換流站通過線路(存在線路阻抗)提供的故障電流，因此故障錄波所測量電流會大于穩控裝置所測量電流。

3)出線場附近的架空線路。如果故障點在出線場附近的架空線路上，則對于穩控裝置和故障錄波裝置的CT回路而言，該電流為穿越性電流，兩組CT所測量電流應相同。

4 結 語

在此次GIL單相永久接地故障后，線路保護裝置測量的故障電流換算成一次值為23 120 A(變比為4 000∶1)。故障錄波裝置測量的故障電流為24 472 A。穩控裝置所測量最大電流僅為6 480 A。

根據以上的分析，對比這三個故障電流值可知，故障情況與上述的第二種情況相同，因此可以確定故障點在線路刀閘至出線場的GIL上。最后經過對故障相GIL用內窺鏡檢查，發現GIL內部確實存在放電痕跡。

因此，當廠內GIL發生接地故障時，線路保護動作跳開故障線路，但是無法通過線路保護裝置和行波測距結果判斷故障范圍。此時可以通過對比線路保護裝置、故障錄波裝置和穩控裝置的故障電流來確定故障范圍，從而為線路開關是否具備合環運行和線路是否具備試送條件提供依據。