特高压交流变电站GIS母线故障综合分析法

特高压交流变电站 GIS母线故障综合分析法

董明锐 刘少星 陈良雪

国网安徽省电力有限公司检修分公司，安徽 合肥 230000

摘要：近年来社会用电需求的不断增大，电力工程建设数量也逐渐增多。特高压电网具有输电距离远、输送容量大、线路损耗低的特点，特高压电网的发展，可以实现传统煤电、水能、风能、太阳能、核能等多种能源的大规模、高效率利用，并且在实现土地集约、环境保护、资源优化配置等方面扮演着越来越重要的角色。综合考虑特高压设备绝缘水平、集约利用土地资源等因素，特高压开关类设备多采用气体绝缘金属封闭组合电器(GIS)或混合气体绝缘金属封闭组合电器(HGIS)形式。1000kV特高压GIS设备通常分相布置，包括基本的开关、闸刀、接地刀闸、电流互感器、电压互感器、套管、母线等设备，这些基本元件都处于密闭的六氟化硫(SF6)绝缘介质中，六氟化硫具备良好的绝缘能力及灭弧能力，这使得其内部设备可以长期保持稳定，进而降低设备的故障率及维护费用。但随着特高压电网的多年发展运行，GIS设备故障时有发生，而且相比空气绝缘开关设备(AIS)设备，故障类型复杂，故障点难以查找，尤其是特高压GIS母线设备发生故障，查找故障点更是费时费力。本文就特高压交流变电站GIS母线故障综合分析法展开探讨。

关键词：特高压；GIS母线；综合分析；故障定位

1动作原理

基于基尔霍夫电流定律是差动保护的基本原则。当正常运行或者故障发生在保护范围外时，在理想情况下流出母线的电流与流入母线的电流相等，差电流为零；而当故障在保护范围内时，故障电流等于差动电流。考虑到电流互感器饱和或者电流互感器传动误差等因素的影响，在实际运行中，差动继电器的动作电流的整定计算需要躲开外部故障时产生的最大不平衡电流。现在的微机型母线差动保护回路有两种：一种是由除了母联开关和分段开关外所有支路电流所构成的差动回路的母线大差；另外一种是由该段母线上所连接的所有支路（包含分段开关、母联开关）电流所构成的差动回路的母线小差。判断母线区外与区内故障采用母线大差比率差动，判断故障母线的选择采用母线小差比率差动。

2特高压变电站GIS母线故障的处理原则

1. GIS母线故障，未经查明原因和消除故障之前，不得进行试送。（2）GIS母线发生故障停电后，变电站运维人员应立即报告有关调度。并可自行断开故障母线上的全部开关，然后汇报有关调度。（3）GIS母线发生故障停电后，变电站运维人员应对停电母线进行外部检查，并把检查情况报告值班调度员。（4）GIS母线失电后，变电站运维人员应根据开关失灵保护、出线和主变保护的动作情况分析失电原因，并将保护动作情况和分析结果汇报有关调度员。（5）GIS母线故障，根据故障点是否明显采取不同的方法进行故障点的查找和定位，必须找到并隔离故障点后，方能恢复其他设备的运行。

3加装母线保护有以下的优点：

（1）供电可靠性得以大大提高以快速隔离故障，缩小停电范围。（2）有利于对用户的快速复电。深圳电网有部分110kV线路未配置纵联差动保护，配置的后备保护I段保护定值是按照全线的70%整定,后备保护II段保护定值是按照全线并延伸至相邻线路或者主变整定。一旦发生故障，因没有足够的信息供运行人员分析和判断，故不能立即判断出故障点。因为若仅后备保护II段动作，故障点可能在下一级变电站的母线及相连的刀闸、CT气室等，这就延长了复电的时间。如果装设了母线保护，其和线路主保护有交叉的保护范围，不存在死区，当故障发生，运行人员完全可以通过保护动作情况清晰地判断出故障点在线路还是母线，在哪条母线，可以大大缩短复电的时间。（3）快速切除故障，避免事故扩大作，待取得运行经验后推广。深圳电网的运行方式为多级串供，若站内未配置110kV母差保护，110kV母线故障只能依靠远后备保护切除，这不仅扩大了损坏范围和停电面积，设备损坏程度也进一步加重。安装母线保护后，110kV母线上的故障可迅速切除，避免了事故的扩大，避免长时间故障引起的系统振荡或保护越级跳闸的风险。因此，在条件允许的情况下，在GIS设备评估较低而供电可靠性要求较高的110kVGIS变电站加装110kV母线保护是十分重要并且可行的。

4GIS母线故障分析方法

4.1母差误操作故障问题的处理分析

在运行过程中，一旦出现母差保护提示，就需要对信号进行准确的检查和分析，采用交叉流变次级的方式进行母差保护，防止压变情况的发生，并去除母差的二次端子，对开关U形状态和差动保护故障问题进行准确的分析。在退出时，首先需要对流变短接的位置进行再次判断，明确实际避免开路的问题。在故障处理过程中，首先需要充分考虑误动的情况，对拉开容器的开关标准和保护停止工作范围进行准确的分析，确定故障保护退出后需要对母线充电的运行方式。

4.2红外测温分析法

对故障元器件(气室)的判断，在一定程度上可以辅助以红外测温。但红外测温可操作性较小，首先是因为故障气室绝缘放电引发的温升较小，通过GIS桶壁传导到外部可能只有1～3℃的温差，且很快随着时间推移，与其他气室温差趋近于零。通过红外测温定位，仅适用于怀疑故障气室较少，且很快进行测温的情况，其余情况只能作为辅助方法之一。

4.3母差误操作故障问题的处理分析

在母差保护误操作的处理过程中，需要对母差实际的保护方式进行合理的调整和控制，确保开关的状态，保证系统连接母线差保护的恢复水平。在母线故障处理过程中，需要对实际的母线故障问题进行判断，明确母线可能产生的各种负载续压状态，对电压实际的趋近值进行分析，运用电压闭锁方式，对差流较大或保护状态存在异常的电压进行处理。运用电压闭锁保护的方式，明确实际的差流范围，对可能出现的母差保护误动进行处理。在运行过程中，一旦出现母差保护提示，就需要对信号进行准确的检查和分析，采用交叉流变次级的方式进行母差保护，防止压变情况的发生，并去除母差的二次端子，对开关U形状态和差动保护故障问题进行准确的分析。在退出时，首先需要对流变短接的位置进行再次判断，明确实际避免开路的问题。在故障处理过程中，首先需要充分考虑误动的情况，对拉开容器的开关标准和保护停止工作范围进行准确的分析，确定故障保护退出后需要对母线充电的运行方式。

4.4SF₆气体组分分析法

SF₆气体组分分析，可以较为客观、准确地确定故障气室。这是因为当GIS设备放电或过热故障时，其中的SF₆绝缘介质会发生分解，而且会同设备中其它有关杂质气体产生化学反应，形成一系列新的杂质气体，如SO₂、HF、H₂S、CO等。用SF6气体组分分析法分析气体中的分解物，是确定故障气室的最根本、最准确的方法。

结语

总而言之，变电站内最严重的故障就是母线故障，直接影响到变电站的安全运行，实际110kV及以上电压等级的变电站采用母线保护装置。实际运维管理中，运维人员了解母线保护的原理，同时正确调试母线保护装置，全面彻底发挥母线保护装置的作用，保证电力系统运行的安全及质量。

参考文献

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[2]樊东峰，张建立.特高压输变电工程环保纠纷产生原因及对策探讨[J].华中电力，2018，24(4)：41-44.

[3]康莉娟，王雨新.浅谈SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS)的运行维护管理[J].科技信息，2018(26)：328-330.