550kVGIS断路器故障分析

【摘 要】550kV及以上GIS在工程中使用时应根据工程的技术要求，并结合超高压或特高压GIS制造上的特殊性，参照其他电压等级GIS运行经验，合理地选择技术条件才能达到技术先进、设备安全可靠运行的目的。

【关键词】断路器 技术 分析

中图分类号：TM561文献标识码： A

1 简介

550kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)在我国工程中使用并不十分普遍，特别是在500kV变电站中使用数量较少，从20世纪80年代至今，全国500kV变电站有近300座，但采用550kVGIS已投产的变电站仅有十几座。

2 故障经过和初步分析

2004年10月27日，为使电厂#4机组安全投入试运行，并网前进行了“假同期操作”，当图1中#4主变5013断路器进行三次合分操作，分闸1分钟后， A相发生接地故障，经保护动作情况和故障录波分析，确认故障发生在#4主变5013A相断路器间隔内，根据投产前局部放电试验中发生的问题，初步分析认为该断路器内对地放电故障有以下两种可能：

1)在耐压试验前的局部放电试验中局放超标，后经超声局放定位检测，该断路器内有异物存在，打开断路器一侧端盖，发现断路器内有有约8mm长卷曲的铝屑(见图2照片)，取出铝屑后局放和交流耐压试验合格。因调试和启动需要，耐压试验后该断路器又进行了多次操作，由于现场无法对断路器灭弧室进行清理和检查，灭弧室内仍有金属异物因操作掉到外壳，导致放电。

2)断路器两侧的某一侧盆式绝缘子绝缘性能较差，经工厂和现场二次耐压，留有不可逆的累积效应，经带电操作多次后造成绝缘子闪络放电。

3、隔离开关的结构及参数

3.1开合母线转换电流能力

采用双母线电气主接线的550kV及以上GIS的母线隔离开关，有时需要进行改变母线运行方式的不停电倒闸操作，如将出线（或主变压器）回路从Ⅰ母线改换到Ⅱ母线上运行时，断路器处于合闸状态，整个回路处于带电状态，需要进行倒闸操作的两组母线隔离开关与母联回路形成环路，此时母线隔离开关需要开合此环路内部的工作电流，即母线转换电流。此时隔离开关断口间所承受的电压称为母线转换电压。

由于我国500kV及以上的变电站大多数为电力系统的枢纽站，进出线回路数很多，因此母联回路与最远的出线回路之间的间隔数量多、距离长，造成母线转换电压很高。DL/T486—2000《交流高压隔离开关和接地开关订货技术条件》根据上述中国电力系统的特点，经过计算，规定550kVGIS的隔离开关额定母线转换电压为100V、开合次数为300次。这是电力行业按照我国电力系统具体工程情况提出的要求，它高于IEC62271－100标准中关于550kVGIS隔离开关额定母线转换电压为50V（开合次数无要求）的规定值，然而国内外550kVGIS都按照IEC62271－100标准进行型式试验。对于这二者的差异，电力用户应引起注意。如果550kVGIS建设规模比较大，经过核算后，则应按DL/T486—2000标准的规定值，请提供550kVGIS的制造厂家补做开合母线的转换电流能力的试验，以满足工程要求。

3.2开合小电流能力

550kVGIS隔离开关开合小电流主要是指开合空载母线的电容电流和开合母线电压互感器的电感电流。目前国内外大多数制造厂对550kVGIS隔离开关开合小电流都按IEC62171－102标准中的规定值0.5A进行型式试验，而我国DL/T486—2000标准中对550kVGIS隔离开关开合母线小电流并没有明确规定，仅对敞开式隔离开关提出开合电容电流2A、电感电流1A的要求。我国设计院通常按此值提出对550kVGIS隔离开关开合小电流的要求，显然与IEC62171－102标准的要求相差较大。为了满足我国一些电力用户的要求，三菱公司550kVGIS隔离开关在2005年初补做了开合电容电流2A的型式试验。2004年8月，由西安高压开关厂制造的550kVGIS隔离开关在荷兰KEMA高压试验站通过了开合电容电流2A、电感电流0.5A的型式试验。

实践证明，550kVGIS隔离开关开合小电流按照现行IEC62171－102标准中的规定值0.5A进行型式试验是偏于保守的，SF6气体绝缘的隔离开关本身具有较强的开合小电流的能力，是能够满足开合2A电容电流的要求的。但如果工程需要，则应坚持要求制造厂补做此试验。

4、接地开关配置及参数

4.1接地开关配置

550kVGIS接地开关有检修接地开关和快速接地开关2种型式。在断路器两侧配置检修接地开关，仅起到当断路器检修时使主回路两端接地的作用；而在出线回路靠线路侧配置快速接地开关，它具有线路侧检修接地和开合550kV空载线路感应电流2个作用。由于GIS的所有设备都封闭在金属外壳内，无法直接观察线路是否停电，所以快速接地开关有可能误合带电线路，为此它应具有关合2次额定短路电流的能力。

4.2开合线路感应电流能力

500kV输电线路的电磁感应（感性电流）和静电感应（电容电流）都比较强，特别是由于受到线路走廊的制约，我国近几年来500kV同杆并架双回输电线路的情况越来越多，因而带电平行线路在停电线路上产生的感应电流也越来越大。除了500kV平行回路的线路长度以外，线路电流也是感应电流主要的影响因素，如上海昆太和徐行500kV变电站，由于出线回路电流为6300A，则要求线路侧接地开关开合电磁耦合感性电流700A，比IEC和B级标准200A大得多。

对于550kVGIS，快速接地开关应具有开合线路感应电流的能力，在DL/T486—2000标准中已按IEC标准的要求规定了相应的额定参数，并分成A、B两级。

A级：额定感性/容性电流为80A/1.6A，感性/容性电压为2kV/8kV。

B级：额定感性/容性电流为200A/50A，感性/容性电压为25kV/50kV。

国内外550kVGIS制造厂都能按此标准提供型式试验报告。对于超过上述标准的特殊工程，则应进行平行回路感应电流的详细计算。笔者对多个500kV输变电工程进行了计算。计算结果表明，有些平行回路电磁感应产生的感性电流很大，超过上述B级标准，但是对应的感性电压却很低。这说明上述IEC标准中的2个感应电流和感应电压的最大值在实际工程中是不会同时出现的。因此对超过标准要求的特殊工程，应与制造厂进行协商，提出符合工程实际的试验条件，因为即使在感应电流值很大的情况下，如果感应电压值很低，那么快速接地开关开合感应电流的试验也是比较容易通过的。

5、电流互感器形式及参数

5.1电流互感器形式

550kVGIS的电流互感器(TA)都采用常规电磁式结构，它有2种不同的布置形式：①内置式TA。其一次导体和二次铁心及绕组均布置在SF6气体绝缘金属外壳内部，具有体积小、布置紧凑的优点。大多数制造厂都采用这种形式。②外置式TA。其一次导体在SF6气体绝缘金属外壳内部，二次铁心及绕组套在外壳外部，采用干式绝缘。世界上只有ALSTOM公司和东芝公司的550kVGIS采用此种形式。它具有二次绕组检修拆装方便，而且铁心、绕组部件的附着微粒不会落入TA和SF6气室内，不影响绝缘强度等优点。这2种形式各有优缺点，电力用户可以根据自己的运行习惯加以选择。

5.2二次绕组数量及额定容量

由于500kV电力系统稳定性的要求，550kVGIS的TA二次绕组数量要满足继电保护双重化配置的需求，而且它的准确等级要满足短路暂态过程的要求。对于一个半断路器接线的中间连络断路器，其TA需要8个二次绕组，其中有4个带小气隙铁心准确度等级为TPY的二次绕组。二次绕组数量多、尺寸大，有一定的制造难度。因此，在满足工程需要的前提下必须限制二次绕组的额定容量，500kV电压等级保护的微机化为此创造了条件。目前，在500kV工程设计中，规定对TPY二次绕组额定容量一般取10VA，在特殊情况下也不超过15VA，以满足550kVGIS制造上的要求。

参考文献：

[1]《发电厂电气部分》中国电力出版社

[2]《关于防止电力生产重大事故的二十项重点要求》