李曉寧,馬 舟

(河北省電力公司超高壓分公司，石家莊 050070)

1 概述

氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Switchgear，簡稱“GIS”)，又稱為氣體絕緣金屬封閉開關設備，是一種將變電站內(nèi)高壓電氣設備(變壓器等除外)集成于接地的金屬殼體內(nèi)，以高壓SF6氣體為主絕緣和滅弧介質(zhì)的配電裝置[1]。與傳統(tǒng)變電站相比，GIS變電站具有占地面積小，環(huán)境因素影響小，安全可靠性高，安裝周期短等特點。

GIS 變電站是電力系統(tǒng)的重要樞紐，GIS電氣設備已成為我國乃至全球變電設備發(fā)展的主流，一旦GIS發(fā)生故障，有可能導致大面積停電[2]。由于GIS內(nèi)部主要設備大多沒有故障自恢復能力，因此其故障搶修遠比敞開式變電站困難的多，如果不能盡快修復，造成的不良影響與經(jīng)濟損失將極為嚴重。隨著大量GIS變電站的投入，保障電力系統(tǒng)正常運行已成為時下急需解決的重大問題。在我國電力系統(tǒng)中，500 kV電壓系統(tǒng)承載著越來越重要的電力負荷，進而500 kV變電站GIS系統(tǒng)的安全可靠性也越來越成為大家關注的焦點。

2 GIS變電站斷路器保護動作分析

某500 kV變電站GIS設備主要包括匯控柜、液壓結構、斷路器、電流互感器、接地開關、隔離開關、快速接地開關、電壓互感器、避雷器、分箱母線、共箱母線、底架和出線套管裝置。

2.1 故障情況介紹

發(fā)電機進行模擬并網(wǎng)試驗時，保護動作分壓設備運行，母線Ⅰ、Ⅱ均處于帶電狀態(tài)，差動保護、母差保護等保護動作，故障錄波器顯示數(shù)據(jù)為：一次短路電流23.2 kA，持續(xù)時間46 ms，在保護動作前約60 s，斷路器進行了分閘操作。

2.2 故障點確定

由于GIS變電站內(nèi)分割的氣室較多，電氣設備結構緊湊、設備隱蔽，相互之間容易發(fā)生干擾，其電磁兼容性差，易發(fā)生局部放電事故，因此，GIS變電站設備的絕緣要求比傳統(tǒng)變電站設備更加嚴格。如果GIS變電站設備發(fā)生故障會導致長時間大范圍停電，其故障點也不像敞開式變電站那樣直觀，查找較困難。

根據(jù)保護動作情況的分析，故障點可能在靠近母線Ⅱ的第一相斷路器氣室與靠近母線Ⅱ的TA氣室內(nèi)部，先將靠近母線Ⅱ側的斷路器兩側TA氣室壓力調(diào)小，對斷路器進行泄壓操作，將SF6絕緣氣體回收裝置連接，真空處理氣管裝置，連接橡皮管和母線Ⅱ側斷路器氣室。使用充氣接頭打開靠近母線Ⅱ的TA氣室的充氣閥，檢測泄露氣體無味，使用同樣方法將靠近母線Ⅱ的斷路器氣室充氣閥打開，檢測泄漏氣體，發(fā)現(xiàn)有臭雞蛋氣味，因此可以認定泄漏點為靠近母線Ⅱ側的斷路器氣室。

2.3 原因分析

GIS設備內(nèi)部金屬微粒、水分及粉末等導電性雜質(zhì)是引起GIS設備故障的重要原因，將靠近母線側的斷路器兩側TA氣室壓力調(diào)小，然后將斷路器氣室內(nèi)的SF6絕緣氣體回收，對斷路器進行泄壓操作，再進行故障檢測試驗，如果斷路器氣室發(fā)生故障，則斷路器氣室內(nèi)部氣體一定要經(jīng)過連接的橡皮管和過濾器后進行回收，采用此方法可以避免金屬氣管被污染。檢查斷路器內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)斷路器內(nèi)部距端蓋160 cm處有大量白色粉末，靜觸頭屏蔽罩底部未被灼穿，其盆式絕緣子完好，未發(fā)現(xiàn)損壞現(xiàn)象，確定之前發(fā)現(xiàn)的白色粉末是斷路器內(nèi)電弧放電而產(chǎn)生的。因此判斷斷路器氣室內(nèi)部不存在擊穿、泄露等硬件故障問題，因此考慮產(chǎn)生該種故障的另一種可能性，即斷路器底部存在故障。

2.4 處理措施

GIS變電站所有設備只能在現(xiàn)場進行測試，現(xiàn)場各種測試試驗(如耐壓試驗、局部放電試驗等)更有難度。敞開式變電站中，各種電氣設備獨立安裝(如互感器、避雷器、隔離開關等)，可單獨進行試驗，相對簡單。而GIS設備的現(xiàn)場試驗難度較大，如耐壓試驗，敞開式變電站中除SF6定開距斷路器需要進行現(xiàn)場耐壓試驗[3]，其它高電壓等級斷路器設備不需要進行耐壓試驗，而GIS設備由于電氣設備集成度高、對地絕緣間距小、故障處理難度大等，交接前必須進行現(xiàn)場耐壓試驗，耐壓試驗后才能安裝電壓互感器和避雷器，所以GIS設備的現(xiàn)場試驗難度較大。

由于GIS自身的全封閉性致使所有試驗測試只能在現(xiàn)場進行。因此，應先將發(fā)生故障的斷路器進行替換，將故障設備運回生產(chǎn)廠，進行精細的檢查與處理[4]。

更換斷路器時，應對斷路器氣室泄壓，使相鄰氣室壓力差符合限值(首次充氣時要低于330 kPa；插入拆除母線，滅弧單元或連接件時要低于200 kPa；打開氣室時要低于450 kPa)，拆下斷路器操作機構，將托架放置于斷路器的底部，在托架與地面之間放置滾條。吊住故障斷路器，拆除斷路器支架，此時要避免斷路器發(fā)生移動。放松母線Ⅱ側的故障斷路器氣室與TA氣室間的絕緣螺絲，慢慢降下故障斷路器，直至工具可以伸入到其內(nèi)部為止。使用固定工具將母線Ⅱ側的TA氣室內(nèi)部母管固定，使其穩(wěn)固，采用接插件方式連接，故障斷路器下降過程中會帶動TA氣室母管一同下降，因此要固定母管，避免TA氣室母管隨斷路器下降。降下故障斷路器至托架上，同時密封TA氣室，防止異物進入。將故障斷路器替換，裝上備用斷路器。處理后的GIS變電設備恢復正常工作狀態(tài)，可以投入到正常的生產(chǎn)中。

3 結論及建議

GIS發(fā)生故障的可能性有很多方面，如絕緣氣體泄露，絕緣子老化，外部水分滲入，裝置內(nèi)部存在雜質(zhì)等。該次故障是由于斷路器氣室底部的異物造成的放電故障，極易被忽略。因此，在安裝和運行過程中可采取以下措施。

a.加強GIS變電設備安裝的潔凈度，嚴格控制設備制作工作環(huán)境的清潔度，防止微粒及粉塵等異物進入設備內(nèi)部。

b.為保證GIS變電設備的正常可靠工作，應定期檢查變電設備是否有泄漏，即便輕微泄漏也應引起重視，及時處理。定期檢查疏水、空氣管道、厚度等，若發(fā)現(xiàn)問題及時更換設備部件，以避免更嚴重的故障發(fā)生。

c.考慮到變電站GIS變電系統(tǒng)自身構造特點，在故障發(fā)生現(xiàn)場，為確保變電站供電系統(tǒng)正常運行，避免造成因供電不及時而帶來重大的損失，若不能及時找到故障原因并采取有效方案解決時，應及時更換備用的變電設備，將故障機運回原廠進行詳細檢測與修復。

d.由于GIS變電設備內(nèi)部采用的SF6絕緣氣體，該氣體的密度約為空氣密度的5倍，發(fā)生泄露時，會沉積到底部，如果與被放電分解的SF6氣體產(chǎn)生的有毒物質(zhì)一同泄漏,濃度過大時，可能會造成工作人員窒息甚至死亡。因此GIS變電設備場所應配備SF6濃度的檢測裝置和供氧儀器。在建設GIS變電設備時，建議將其通風設備的控制開關設于GIS設備室的外部。

[1] 史興華．電網(wǎng)GIS[M].北京:中國電力出版社，2010.

[2] 余克生．變電站GIS設備系統(tǒng)調(diào)試及管理方案[J]．沿海企業(yè)與科技，2009(9)：136-138.

[3] 張 煒，楊 明，李 峰，等．500 kV地下變電站GIS設備交流耐壓試驗研究[J]．華東電力，2009，37(11)：1912-1914.

[4] 邱世卉．變電站GIS機構故障的事故分析及處理[J]．成都電子機械高等專科學校學報，2009，12(4)：30-32.