江西省港投集團井岡山航電樞紐 尹曉軍 曾 華

GIS設備具有絕緣性能強、占地面積小、可靠性高、安裝方便、檢修周期長等諸多優(yōu)點，是高壓設備室內(nèi)布置的理想選擇。為了便于設備安裝及檢修，GIS往往被設計成獨立的隔室，隔室與隔室之間通過盆式絕緣子進行連接、隔離及絕緣。因此盆式絕緣子是保障GIS設備安全穩(wěn)定運行的重要部件，其內(nèi)部含有氣泡或雜質(zhì)是導致GIS運行時發(fā)生故障的主要原因。

某新建水電廠為燈泡貫流式機組，總裝機133MW，單機額定功率為22.17MW，機端額定電壓為10.5kV，采用單母線接線，發(fā)電機與主變采用“兩機一變”擴大單元接線，通過主變升壓至220kV，220kV亦為單母線接線且采用室內(nèi)布置GIS設備，發(fā)電機發(fā)出的電能通過220kV線路送出至對側220kV變電站。

2020年12月22日某新建水電廠進行首臺機組啟動并網(wǎng)試驗工作，在用首臺機組對10.5kVⅠ段母線、#1主變、220kVⅠ段母線完成零起升壓及同源核相，正常后、斷開機組出口斷路器。采用反送電方式對220kV線路及母線充電正常后，計劃對#1主變進行5次沖擊試驗（主變高壓側中性點接地開關在合位）。12月23日02時04分#1主變進行第一次沖擊后設備運行正常，間隔10min后再次合上#1主變高壓側201QF開關對主變進行第二次沖擊試驗，02時14分28秒主控室后臺監(jiān)控機報“#1主變A套差動保護動作”、“#1主變B套差動保護動作”、“#1主變保護關閉導葉動作”、“開關站220kV母線A套保護動作”、“開關站220kV母線B套保護動作”，“#1主變高壓側201QF斷路器跳閘”、“220kV線路211QF斷路器跳閘”。

#1主變型號：S11-50000/242、Y/△聯(lián)結，廠家為正泰電氣股份有限公司；220kV#1主變A套保護裝置型號：國電南自PST1200U，B套保護裝置型號：北京四方CSC-316MH；220kV母線A套保護裝置型號：國電南自SGB-750A，B套保護裝置型號：北京四方CSC-150A；#1主變差動保護CT變比1700/1，母線差動保護CT變比1700/1。

1 現(xiàn)場檢查及原因分析

故障發(fā)生后，立即現(xiàn)場對220kV#1主變本體、#1主變高壓側GIS間隔、220kVI母GIS間隔、#1主變低壓側間隔開關柜設備進行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。同時對二次設備進行檢查，220kV線路兩套保護裝置均未動作。但02時14分24秒985毫秒，220kV#1主變A套保護（PST1200U）主保護啟動后2865ms縱差差動速斷動作，A相差流9.249A、B相差流9.247A、C相差流0.005A，高壓側負序電壓為15.645V，高壓側 低 電 壓 為Uab=41.016V、Ubc=22.831V、Uca=53.585V。02時14分24秒988毫秒，#1主B套保護（CSC-316MH）保護啟動2843ms后差動速斷動作，A相差動電流Idiff=2.422A、B相差動電流Idiff=2.406A。2858ms后比率差動動作，A相差動電流Idiff=8.250A、制動電流Ires=4.125A，B相差動電流Idiff=8.250A、制動電流Ires=4.125A。A、B套保護“差動速斷電流”定值0.35A（5Ie），“差動最小動作電流”定值0.03A（0.45Ie）。

02時14分27秒824毫秒220kV母線A套保護（SGB-750）差動保護啟動，45ms后I母差動動作，故障相BN，大差及小差A相差動電流0.009A，制動電流0.182A，大差及小差B相差動電流3.824A，制動電流3.829A，大差及小差C相差動電流0.010A，制動電流0.174A。02時14分27秒824毫秒B套保護（CSC-150D）差動保護啟動，11ms后I母差動動作，B相大差及小差差流Icd=1.789A，A、B套保護“差動保護啟動電流”定值均為0.58A。

查看#1主變A、B套保護裝置動作報告，發(fā)現(xiàn)故障時主變高壓側B相電流IHB突然增大，A相電流IHA、C相電流IHC基本為0，且主變高壓側中性有零序電流I0H。查看故障錄波波形，220kVI母B相電壓Ub發(fā)生突降，母線PT開口三角零序電壓3U0突增。綜合分析，很明顯B相發(fā)生了接地故障。受此影響，220kV線路B相電壓（線路PT采集）有被拉低的現(xiàn)象，并短時有零序電壓產(chǎn)生。

因主變高低壓側采用Y/△接線，高低壓側有30°相角差，而北京四方及國電南自主變保護裝置高壓側采集的電流均采用軟件進行相角換算（即Y側電流換算至△側）。#1主變高壓側B相發(fā)生單相接地故障時，B相有故障電流，A、C相無電流，因#2機組處于空載，出口斷路器已斷開，機端無電流，即主變差動保護低壓側（機組）電流為0，高壓側為故障電流。由換算公式 可知，A相、B相均有差動電流產(chǎn)生，可以印證主變A、B套保護裝置動作的正確性。但兩套保護裝置的差動電流不完全一致，可能與主變沖擊時故障初始時刻，保護采樣受勵磁涌流產(chǎn)生的高次諧波及非周期分量干擾有關。

調(diào)閱保信子站（故障錄波裝置上傳）#1主變高壓側電流波形圖，發(fā)現(xiàn)B相有故障電流，A、C相亦有故障電流，經(jīng)分析，A、C相電流波形相同，幅值和相位基本一致且幅值很小，而B相電流相位與A、C相相差約180°且幅值很大，與上述主變保護的采樣波形相矛盾。經(jīng)現(xiàn)場反復檢查及比較分析，確定#1主變保護與故障錄波裝置采集的主變高壓側電流分別取自同一CT的不同二次繞組，且發(fā)現(xiàn)故障錄波裝置端子排上主變高壓側三相電流星形接線的中性線接線錯位，即外部CT引入的中性線接在了空端子上，未與裝置內(nèi)部三相電流的中性點連在一起，相當于中性線斷線。從而導致主變高壓側B相接地故障時，B相二次側故障電流與A、C兩相構成回路，A、C相成為B相故障電流的分流通道，即IB=IA+IC。

綜上所述，初步推測#1主變高壓側B相發(fā)生了接地故障，故障應在“#1主變差動和220kV母線差動交叉保護范圍內(nèi)”，即故障點在220kV#1主變高壓側201QF斷路器靠母線側CT與主變側CT之間，但具體部位不明，需解體檢查。

2 故障排查及處理

為排查故障是否因設備絕緣受損所致，用5000V絕緣電阻測試儀分別對220kV#1主變201QF斷路器GIS間隔三相主回路對地進行絕緣檢測，未發(fā)現(xiàn)異常。同時，為排查GIS內(nèi)SF6氣體是否因故障被分解，采用SF6氣體分解產(chǎn)物測試儀，首先對#1主變高壓側GIS間隔CB（201QF斷路器腔室）三相獨立氣室SF6氣體組分進行檢測，SO2、H2S、CO氣體含量均為0ppm，無異常。接著檢測G2（201QF斷路器至#1主變側腔室）三相連通氣室內(nèi)SF6氣體組分時，H2S、CO氣體含量均為0ppm，但發(fā)現(xiàn)SO2氣體含量為18.6ppm，大于標準規(guī)定的10ppm警示值。最后對G1（201QF斷路器至母線側腔室）三相連通氣室內(nèi)SF6氣體組分進行檢測，SO2、H2S、CO氣體含量均為0ppm、無異常。通過檢測，初步判斷G2氣室內(nèi)存在故障，但具體故障部位需對該GIS氣室進行解體檢查后才能確定。

用SF6氣體回收裝置回收G2氣室SF6氣體，打開其頂部封板，對G2腔體內(nèi)部進行詳細檢查未發(fā)現(xiàn)異常。再回收CB氣室SF6氣體，拆除G2氣室兩側法蘭面螺栓，分段解體吊出進行檢查，發(fā)現(xiàn)G2腔體內(nèi)、靠主變側的B相CT一次導電桿及其端部金屬表面上密布不規(guī)則的放電凹點，其中導電桿上有一處凹點大且深、應為主放電點。同時與201QF斷路器連接的盆式絕緣子有大面積變色發(fā)黑的現(xiàn)象，B相CT套管內(nèi)壁上亦有明顯燒熔的放電點及發(fā)黑的邊沿。為排除其他故障，對G2腔體內(nèi)A、C兩相CT氣室內(nèi)盆式絕緣子、導電桿等部位，以及對CB三相氣室內(nèi)部及導電連接件進行仔細檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常及放電痕跡。

綜上可判定故障部位：220kV#1主變高壓側GIS間隔B相201QF斷路器與主變側CT連接的盆式絕緣子。故障部位確定后，更換B相故障盆式絕緣子，按裝配圖樣對解體設備進行恢復，再分別對G2、CB氣室抽真空，在真空度達到廠家標準要求后，充入SF6氣體至額定值（G2氣室0.58MPa、CB氣室0.62MPa）。待靜置無異常后抽取SF6氣體進行微水試驗，GIS氣密性及氣室SF6氣體水分含量均符合要求。進行常規(guī)試驗，測量主回路直流電阻、三相對地絕緣電阻，數(shù)據(jù)均無異常。常規(guī)試驗后，采用單相加壓方式（另兩相接地)，逐相對220kV#1主變間隔GIS設備進行交流耐壓試驗。

交流耐壓合格后，重新向調(diào)度申請進行并網(wǎng)操作，經(jīng)對220kVI母3次沖擊合閘試驗、對#1主變進行5次沖擊合閘試驗合格后，220kV線路、I母及#1主變成功并網(wǎng)帶電運行。

3 結論

220kV#1主變高壓側B相201QF斷路器與主變側CT連接的盆式絕緣子，因質(zhì)量問題，在#1主變進行第二次沖擊合閘試驗時，推測靠#1主變側的B相CT一次回路導電桿對與201QF斷路器連接的盆式絕緣子發(fā)生放電，由于盆式絕緣子外圓周為鋁制金屬，其連接的套管外殼通過銅排與主地網(wǎng)相連，導致B相發(fā)生接地故障。放電時，強烈的弧光形成的高溫迅速將盆式絕緣子一側碳化烤黑，G2氣室內(nèi)SF6氣體也被弧光分解，使得該氣室內(nèi)SO2氣體含量超標。同時，B相CT一次回路導電桿主放電點應還對CT套管內(nèi)壁發(fā)生放電，以致其內(nèi)壁上亦有被燒熔的痕跡。并在導電桿至盆式絕緣子的放電路徑上還應發(fā)生了沿面閃絡放電，從而使導電桿端部表面密布大小不一、不規(guī)則的凹坑。

由于故障點發(fā)生在220kV#1主變差動保護與220kVI母差動保護交叉保護范圍內(nèi)，因此，220kV#1主變A、B套差動保護，220kVI母A、B套差動保護均動作出口，220kV#1主變高壓側201QF斷路器、220kV線路211QF斷路器先后跳閘。因220kV線路保護啟動遠方跳閘功能投入，211QF斷路器跳閘后啟動遠跳，將線路對側214QF斷路器跳開。同時，在#1主變差動保護出口后監(jiān)控系統(tǒng)SOE事故動作，#1機組調(diào)速器緊急停機動作關導葉，使當時處于空轉運行的#1機組停機。