500?kV?GIS站耐壓試驗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)

500?kV?GIS站耐壓試驗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站的耐壓試驗方案以及按交接試驗規(guī)程進(jìn)行GIS耐壓試驗和局部放電試驗的過程，分析了耐壓試驗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耐壓試驗一次性成功的措施。

GIS站；耐壓試驗；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)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》，進(jìn)行耐壓試驗和局部放電試驗。

1 GIS站概況

該電廠GIS站布置在汽機房17 m層2號機汽輪發(fā)電機組外的毗屋內(nèi)，按1，2期4×1 050 MW機組規(guī)劃，采用3/2主接線方式。1期設(shè)有2個線路-主變間隔完整串和1個啟備變間隔半串，線路和主變間隔交叉布置，預(yù)留有2期擴建間隔。該工程按節(jié)約化、智能化設(shè)計，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、電流信號轉(zhuǎn)換和合并處理，最后轉(zhuǎn)換成光信號，在過程層、間隔層和站控層3網(wǎng)中通信，實現(xiàn)二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。主接線如圖1所示。

2 GIS站耐壓試驗方案

該廠GIS站的布置有以下特點。

(1) 1號主變高壓側(cè)與GIS站的GIL管道較長，長約100 m；2號主變高壓側(cè)至GIS站的GIL管道較短，長約10 m；1號啟備變高壓側(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)運行電壓324 kV，故避雷器不參加耐壓試驗。

(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，要求試驗電源的頻率大于100 Hz，試驗電壓為592 kV(出廠試驗電壓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。

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

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

圖3 交流耐壓試驗原理接線

圖1 GIS主接線

圖2 GIS耐壓試驗分區(qū)方案

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

圖4 交流耐壓試驗加壓程序

3 GIS站耐壓試驗過程

3.1 耐壓試驗加壓方式

3.1.1 耐壓試驗前準(zhǔn)備

(1) 神萬一線、神萬二線轉(zhuǎn)檢修，在線路上掛臨時接地線后，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)上接試驗電壓線。

(2) 拆除GIS至1號主變、2號主變和1號啟備變的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號主變、2號主變、1號啟備變、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 耐壓試驗范圍

(1) 試驗范圍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，分別施加試驗電壓，試驗頻率為102 Hz。

(2) 試驗范圍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，分別施加試驗電壓，試驗頻率為101 Hz。

(3) 試驗范圍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，分別施加試驗電壓，試驗頻率為100.5 Hz。

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

3.2 試驗范圍③的B相試驗過程

第1次交流耐壓試驗于2014-07-29進(jìn)行。在318 kV老練試驗結(jié)束后，向500 kV升壓過程中當(dāng)電壓升至460 kV時，GIS室1號啟備變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，升壓至460 kV時，該處又出現(xiàn)放電，于是停止試驗。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次對試驗范圍③的B相GIS設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗，當(dāng)電壓升至576 kV時，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進(jìn)行緊固后，第3次進(jìn)行耐壓試驗；當(dāng)電壓升至400 kV時，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，當(dāng)電壓升至480 kV時，該處仍放電，同時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”)。廠家認(rèn)為是50011 B相隔離刀閘動靜觸頭接觸不良。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。2處放電點在460 kV試驗電壓下還是放電。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)域單獨進(jìn)行耐壓試驗；耐壓試驗成功，表明故障點在5001開關(guān)與1號啟備變之間。然后，斷開5001開關(guān)，耐壓試驗仍成功。經(jīng)討論，決定打開5001開關(guān)與1號啟備變的GIS管進(jìn)行檢查。但是，解開5001開關(guān)與1號啟備變的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。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試驗電壓下放電。經(jīng)電氣專業(yè)專題會議研究決定：先從GIS上拆下1號啟備變高壓側(cè)B相PT，第7次進(jìn)行耐壓試驗，試驗合格，據(jù)此判斷1號啟備變高壓側(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，試驗合格。至此，該電廠500 kV GIS站耐壓試驗全部完成。

4 GIS耐壓試驗火花放電原因分析

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現(xiàn)電氣隔離和固定。

(2) 在1號啟備變高壓側(cè)PT返廠解體過程中，發(fā)現(xiàn)該PT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)場試驗形成的；這表明該絕緣子出廠試驗把關(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)行耐壓試驗檢驗PT。

4.2 螺絲尖端放電分析

(1) GIS耐壓試驗螺絲出現(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，絕緣強度恢復(fù)，第2次進(jìn)行耐壓試驗時放電電壓達(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號啟備變高壓側(cè)PT盆式絕緣子經(jīng)多次放電，使其絕緣強度逐漸下降所致。

(3) 更換1號啟備變高壓側(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外殼的局部強電傷不再存在，放電消失。

6 確保GIS耐壓試驗一次性成功的措施

(1) 招投標(biāo)時嚴(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) 加強對GIS設(shè)備每一個設(shè)備元件的監(jiān)造，確保每一個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環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量控制。

(3) 加強設(shè)備出廠的工廠現(xiàn)場試驗見證驗收，確保不合格品堅決不出廠，不能“濫竽充數(shù)”。

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

(5) 加強現(xiàn)場施工安全文明管理，施工作業(yè)環(huán)境實現(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，高級工程師，主要從事運行管理方面的工作，email：gagsztl@163.com。

張小兵(1984-)，男，助理工程師，主要從事集控運行工作。

楊采風(fēng)(1984-)，男，助理工程師，主要從事集控運行工作。

馬心雨(1984-)，男，助理工程師，主要從事集控運行工作。