張?zhí)郑瑥埿”?，楊采風(fēng)，馬心雨

(神華神東電力重慶萬州港電有限責(zé)任公司，重慶 404027)

500?kV?GIS站耐壓試驗(yàn)PT放電原因分析

張?zhí)?，張小兵，楊采風(fēng)，馬心雨

(神華神東電力重慶萬州港電有限責(zé)任公司，重慶 404027)

介紹了某電廠500 kV升壓站采用戶內(nèi)式GIS智能變電站的概況，闡述了GIS站的耐壓試驗(yàn)方案以及按交接試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行GIS耐壓試驗(yàn)和局部放電試驗(yàn)的過程，分析了耐壓試驗(yàn)火花放電和法蘭通風(fēng)孔放電電壓幅值變化的原因，最后提出了確保GIS耐壓試驗(yàn)一次性成功的措施。

GIS站；耐壓試驗(yàn)；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(fā)電機(jī)組，采用國內(nèi)首座火力發(fā)電廠戶內(nèi)式500 kV GIS智能變電站(以下簡稱“GIS站”)。GIS開關(guān)、隔離開關(guān)、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(guān)有限責(zé)任公司(簡稱“西開”)生產(chǎn)。開關(guān)型號(hào)為ZF8A-550，是西開融合日本三菱、瑞士ABB技術(shù)而開發(fā)的一種新型超高壓、大容量SF6氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備；采用水平雙斷口結(jié)構(gòu)，且在斷口設(shè)有并聯(lián)電容，但無合閘電阻。2014年7月，GIS設(shè)備全部安裝調(diào)試完成后，按GB50150—2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》，進(jìn)行耐壓試驗(yàn)和局部放電試驗(yàn)。

1 GIS站概況

該電廠GIS站布置在汽機(jī)房17 m層2號(hào)機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)組外的毗屋內(nèi)，按1，2期4×1 050 MW機(jī)組規(guī)劃，采用3/2主接線方式。1期設(shè)有2個(gè)線路-主變間隔完整串和1個(gè)啟備變間隔半串，線路和主變間隔交叉布置，預(yù)留有2期擴(kuò)建間隔。該工程按節(jié)約化、智能化設(shè)計(jì)，GIS站采用了常規(guī)電磁式電流互感器和電壓互感器，且PT高壓側(cè)無隔離開關(guān)，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(hào)轉(zhuǎn)換和合并處理，最后轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，在過程層、間隔層和站控層3網(wǎng)中通信，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。主接線如圖1所示。

2 GIS站耐壓試驗(yàn)方案

該廠GIS站的布置有以下特點(diǎn)。

(1) 1號(hào)主變高壓側(cè)與GIS站的GIL管道較長，長約100 m；2號(hào)主變高壓側(cè)至GIS站的GIL管道較短，長約10 m；1號(hào)啟備變高壓側(cè)至GIS站的GIL管道較短，長約20 m；各段GIL長度不一致。

(2) 站內(nèi)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(xù)運(yùn)行電壓324 kV，故避雷器不參加耐壓試驗(yàn)。

(3) 站內(nèi)所有PT均為常規(guī)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(fā)生鐵磁諧振，要求試驗(yàn)電源的頻率大于100 Hz，試驗(yàn)電壓為592 kV(出廠試驗(yàn)電壓740 kV的80 %)，將GIS站內(nèi)的電壓互感器、電流互感器與GIS開關(guān)、隔離刀閘、母線一同進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。

因此，綜合分析后確定，將GIS站劃分為3個(gè)區(qū)域，按A，B，C三相共9批次進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)和局放試驗(yàn)。試驗(yàn)分區(qū)方案如圖2所示。

交流耐壓采用變頻串聯(lián)諧振裝置，耐壓試驗(yàn)接線原理如圖3所示。根據(jù)圖3對試驗(yàn)范圍的設(shè)備進(jìn)行隔離和連接交流試驗(yàn)電源連接線，并在交流耐壓試驗(yàn)升壓之前，先通過變頻串聯(lián)諧振裝置自動(dòng)尋找諧振頻率，確認(rèn)試驗(yàn)電源頻率在100 Hz以上，確保電磁式電壓互感器不在試驗(yàn)過程中發(fā)生鐵芯磁飽和，然后再按試驗(yàn)步驟逐級(jí)升高試驗(yàn)電壓。

圖3 交流耐壓試驗(yàn)原理接線

圖1 GIS主接線

圖2 GIS耐壓試驗(yàn)分區(qū)方案

加壓程序?yàn)椋合冗M(jìn)行318 kV電壓下的老練試驗(yàn)10 min，再進(jìn)行500 kV額定電壓試驗(yàn)3 min，最后進(jìn)行592 kV電壓試驗(yàn)1 min。交流耐壓試驗(yàn)加壓程序如圖4所示。

圖4 交流耐壓試驗(yàn)加壓程序

3 GIS站耐壓試驗(yàn)過程

3.1 耐壓試驗(yàn)加壓方式

3.1.1 耐壓試驗(yàn)前準(zhǔn)備

(1) 神萬一線、神萬二線轉(zhuǎn)檢修，在線路上掛臨時(shí)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(huán)上接試驗(yàn)電壓線。

(2) 拆除GIS至1號(hào)主變、2號(hào)主變和1號(hào)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(hào)主變、2號(hào)主變、1號(hào)啟備變、神萬一線、神萬二線、500 kVⅠ，Ⅱ母避雷器的連接導(dǎo)電桿，退出避雷器。

3.1.2 耐壓試驗(yàn)范圍

(1) 試驗(yàn)范圍①：按圖2分區(qū)①，合上(或斷開)相應(yīng)開關(guān)(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(yàn)電壓，試驗(yàn)頻率為102 Hz。

(2) 試驗(yàn)范圍②：按圖2分區(qū)②，合上(或斷開)相應(yīng)開關(guān)(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(yàn)電壓，試驗(yàn)頻率為101 Hz。

(3) 試驗(yàn)范圍③：按圖2分區(qū)③，合上(或斷開)相應(yīng)開關(guān)(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(yàn)電壓，試驗(yàn)頻率為100.5 Hz。

按GIS站耐壓試驗(yàn)方案，先后進(jìn)行了試驗(yàn)范圍①，②的A，B，C相和試驗(yàn)范圍③的A，C相GIS設(shè)備交流耐壓試驗(yàn)，均按加壓程序一次性通過。但在進(jìn)行試驗(yàn)范圍③的B相GIS設(shè)備耐壓試驗(yàn)時(shí)，發(fā)生了火花放電故障。

3.2 試驗(yàn)范圍③的B相試驗(yàn)過程

第1次交流耐壓試驗(yàn)于2014-07-29進(jìn)行。在318 kV老練試驗(yàn)結(jié)束后，向500 kV升壓過程中當(dāng)電壓升至460 kV時(shí)，GIS室1號(hào)啟備變5001開關(guān)負(fù)荷側(cè)CT下法蘭通風(fēng)孔出現(xiàn)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(jìn)行升壓試驗(yàn)，升壓至460 kV時(shí)，該處又出現(xiàn)放電，于是停止試驗(yàn)。次日，拆開該CT外殼檢查，未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，繼續(xù)以該CT為中心，擴(kuò)大檢查范圍，優(yōu)先拆除CT盆式絕緣子。

8月3日，因5001開關(guān)兩端盆式絕緣子現(xiàn)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(yàn)范圍③的B相GIS設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，當(dāng)電壓升至576 kV時(shí)，Ⅰ母母線盤式絕緣子鋼圈外殼抱箍螺絲出現(xiàn)放電現(xiàn)象，放電聲音明顯，肉眼可觀察到有微藍(lán)色電火花。西開廠家代表認(rèn)為這是接地螺絲虛接引起的，需進(jìn)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(gè)進(jìn)行緊固后，第3次進(jìn)行耐壓試驗(yàn)；當(dāng)電壓升至400 kV時(shí)，該處依然放電。現(xiàn)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(diǎn)與大地連接，排除了接地螺絲虛接的原因。于是第4次進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，當(dāng)電壓升至480 kV時(shí)，該處仍放電，同時(shí)5001開關(guān)負(fù)荷側(cè)CT下法蘭螺絲通風(fēng)孔放電(以下簡稱“2處放電點(diǎn)”)。廠家認(rèn)為是50011 B相隔離刀閘動(dòng)靜觸頭接觸不良。次日，將50011 B相隔離。解體刀閘檢查，未發(fā)現(xiàn)放電現(xiàn)象，恢復(fù)50111 B相隔離刀閘。

8月9日，第5次進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。2處放電點(diǎn)在460 kV試驗(yàn)電壓下還是放電。經(jīng)電氣專業(yè)討論，決定斷開5001開關(guān)，對分區(qū)③內(nèi)神萬二線、5021開關(guān)間隔、Ⅰ母、50111刀閘、50011刀閘區(qū)域單獨(dú)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)；耐壓試驗(yàn)成功，表明故障點(diǎn)在5001開關(guān)與1號(hào)啟備變之間。然后，斷開5001開關(guān)，耐壓試驗(yàn)仍成功。經(jīng)討論，決定打開5001開關(guān)與1號(hào)啟備變的GIS管進(jìn)行檢查。但是，解開5001開關(guān)與1號(hào)啟備變的GIS管，沒有找到明顯的放電痕跡，于是重新恢復(fù)拆開的GIS管。

8月13日，第6次進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。I母母線盤式絕緣子外殼鋼圈抱箍螺絲和5001開關(guān)負(fù)荷側(cè)CT下法蘭螺絲通風(fēng)孔在440 kV試驗(yàn)電壓下放電。經(jīng)電氣專業(yè)專題會(huì)議研究決定：先從GIS上拆下1號(hào)啟備變高壓側(cè)B相PT，第7次進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)合格，據(jù)此判斷1號(hào)啟備變高壓側(cè)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(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)合格。至此，該電廠500 kV GIS站耐壓試驗(yàn)全部完成。

4 GIS耐壓試驗(yàn)火花放電原因分析

4.1 PT盆式絕緣子放電分析

(1) GIS內(nèi)部的導(dǎo)電桿與GIS金屬外殼之間依靠盆式絕緣子實(shí)現(xiàn)電氣隔離和固定。

(2) 在1號(hào)啟備變高壓側(cè)PT返廠解體過程中，發(fā)現(xiàn)該P(yáng)T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(jīng)檢查，該盆式絕緣子密密麻麻的放電痕跡并不全是現(xiàn)場試驗(yàn)形成的；這表明該絕緣子出廠試驗(yàn)把關(guān)不嚴(yán)，誤將不合格絕緣子作為合格品進(jìn)行了PT組裝。

(4) 盆式絕緣子質(zhì)量存在缺陷。

(5) 現(xiàn)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(tǒng)組裝完畢后，才能整體進(jìn)行耐壓試驗(yàn)檢驗(yàn)PT。

4.2 螺絲尖端放電分析

(1) GIS耐壓試驗(yàn)螺絲出現(xiàn)火花放電，說明GIS內(nèi)部的導(dǎo)電桿與GIS金屬外殼之間的盆式絕緣子表面或內(nèi)部絕緣下降，高壓電傳導(dǎo)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(qiáng)度異常升高，發(fā)生尖端放電。

(2) PT盆式絕緣子放電激發(fā)暫態(tài)過電壓，其電壓具有很高的幅值，引發(fā)螺絲尖端放電。當(dāng)激發(fā)源PT退出(斷開5001開關(guān))后，尖端放電消失。

5 法蘭通風(fēng)孔放電原因分析

(1) 5001開關(guān)負(fù)荷側(cè)CT下法蘭通風(fēng)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(qiáng)度恢復(fù)，第2次進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)放電電壓達(dá)到576 kV。

(2) 5001開關(guān)負(fù)荷側(cè)CT下法蘭通風(fēng)孔第3次至第8次放電電壓都逐次降低，這是1號(hào)啟備變高壓側(cè)PT盆式絕緣子經(jīng)多次放電，使其絕緣強(qiáng)度逐漸下降所致。

(3) 更換1號(hào)啟備變高壓側(cè)B相PT，消除盤式絕緣子沿面放電后，5001開關(guān)負(fù)荷側(cè)CT下法蘭通風(fēng)孔處的GIL外殼的局部強(qiáng)電傷不再存在，放電消失。

6 確保GIS耐壓試驗(yàn)一次性成功的措施

(1) 招投標(biāo)時(shí)嚴(yán)格篩選供貨廠家，要求廠家具備相關(guān)資質(zhì)，質(zhì)量控制好、業(yè)績好、信譽(yù)好，且要在合同中嚴(yán)格規(guī)定質(zhì)量要求和違約處罰。

(2) 加強(qiáng)對GIS設(shè)備每一個(gè)設(shè)備元件的監(jiān)造，確保每一個(gè)元件的每一道工藝嚴(yán)格符合標(biāo)準(zhǔn)，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(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量控制。

(3) 加強(qiáng)設(shè)備出廠的工廠現(xiàn)場試驗(yàn)見證驗(yàn)收，確保不合格品堅(jiān)決不出廠，不能“濫竽充數(shù)”。

(4) 在500 kV GIS設(shè)備耐壓試驗(yàn)之前，試驗(yàn)方必須充分收集被試品的原始資料，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備早期問題，以便早作處理。

(5) 加強(qiáng)現(xiàn)場施工安全文明管理，施工作業(yè)環(huán)境實(shí)現(xiàn)無塵化，確?，F(xiàn)場GIS設(shè)備組裝嚴(yán)格按工藝要求進(jìn)行。

2015-06-06。

張?zhí)?1973-)，男，高級(jí)工程師，主要從事運(yùn)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(yùn)行工作。

楊采風(fēng)(1984-)，男，助理工程師，主要從事集控運(yùn)行工作。

馬心雨(1984-)，男，助理工程師，主要從事集控運(yùn)行工作。