特高压GIS故障快速定位方法研究

特高压GIS故障快速定位方法研究

曹行健

（国网山西省电力公司检修分公司山西省太原市030032）

摘要：特高压GIS设备发生故障后可以通过SF6组分析来把故障点定位到GIS设备的单个气室内,但是由于1000kVGIS设备含有十个甚至数十个气室,每个气室的采集阀门又有数个,如果所有气室全部检测,工作量巨大,耗时长,不利于GIS设备快速恢复,严重影响到1000kV特高压交流变电站安全稳定运行。本文通过归纳总结成功经验和方法,减少故障定位时检测气室数量,从而对故障点进行快速定位,加快故障设备的隔离,达到快速恢复停电设备供电的目的,对电网安全具有十分重大的意义。

关键词：特高压；GIS故障；快速定位

一、配网故障定位现状

在我国能源结构和经济发展的现状下,西电东送南北互供的电力输送格局是目前乃至今后我国电力发展的主要趋势,超高压同塔双回线、特高压的远距离跨区域交直流输电是电能输送的发展方向。特高压输电线路不仅担负着传送巨大功率的任务,还作为各大电网联网运行的联络线使用,其运行的可靠性将影响整个电网的可靠性。然而超高压同塔双回线、特高压输电线路跨度大,分布范围广,穿越地区地形、自然环境复杂,气候条件多变,容易导致故障的发生。准确的故障定位可以及时地修复线路、缩短停电时间,还可以有效地减少维护的工作量、提高线路的运行水平,保证可靠供电,具有重要的经济意义和社会效益。就特高压线路而言,其分布电抗小、分布电容大、短路暂态过程显著,电磁问题复杂化以及大容量、远距离输电的特点使其对快速、准确的故障定位要求更高,因此对超高压同塔双回线、特高压交直流输电线的故障定位研究对整个电力系统的安全稳定和经济运行都有着非常重要的意义。

二、GIS故障快速定位方法

2016年11月2日08:13:59，某特高压站在1000kV出线T041、T042开关由冷备用转热备用操作过程中，发生内部放电故障。

（一）根据设备保护动作情况缩小定位范围

1)如果两类设备保护同时动作(母线保护与线路(主变)保护同时动作,或同一串线路与主变保护同时动作),说明故障点位于保护范围交叉处。

如图1所示,1000kV2号母线保护和I线线路保护同时动作,可判断故障点位于T012开关或两侧流变气室。再对这三个气室进行SF6组分分析,从而快速定位故障点。

2)如果母线保护动作(保护范围图1蓝色区域),线路(主变)保护未动作,说明故障点在图1红色区域内,从而缩小现场一次设备检查范围。

3)线路近区故障跳闸,本串线路(主变)正常,母线正常,说明故障点位于线路出线间隔气室、线路侧闸刀开关、地刀气室。如图1所示,Ⅱ线发生近区故障,Ⅲ线、母线正常运行,可快速定位故障点位于图1黄色区域。

图1某特高压变电站保护范围图

通过保护动作情况,可将某特高压变电站GIS故障定位范围缩小情况如下表1所示。

（二）GIS绝缘盆子浇注口处外观检查快速定位

部分GIS绝缘盆子故障跳闸时,其浇注口会有异常气味和黑色液体溢出,通过现场一次设备外观检查,可快速准确定位故障点。

（三）通过气室压力异常变化来快速定位

特高压变电站GIS设备均装有SF6在线监测装置,可通过SF6在线监测装置可以第一时间发现故障范围内异常压力气室,再通过SF6组分分析,从而快速定位故障点。

表1下载原表

（四）通过开关的故障电流定位故障点

通过上述三种方法可以定位故障点或缩小定位范围,但是特高压母线保护范围内含有数十个气室,即便是通过方法一缩小故障定位范围,还是有二十几个气室需要检测,工作量巨大,耗时长。通过开关流过的故障电流可以进一步缩小故障定位范围。

由于1000kVGIS设备的路径远近相差很大,所以从故障点至系统的GIS各个支路的短路阻抗差别很大,导致故障电流在各个断路器中分布必然不均匀,越靠近故障点的短路电流相对越大,故障电流一定是沿着电气距离最短的支路流动。某特高压变电站1000kVⅡ母线故障跳闸,一次设备外观检查正常,母线保护范围内气室压力正常。通过方法一,将故障定位缩小至图2橙色区域。

图2母线保护范围和故障时开关电流值

从图2中可以看出T052断路器故障电流2.98A,T033断路器故障电流1.85A,T063断路器故障电流只有0.66A,T022断路器故障电流只有0.48A,所以故障点应该更靠近T052。综合分析各个断路器电流分布大小,可以缩小定位范围为故障发生在T052和T033线路保护TA1靠近Ⅱ母线侧的一段GIS设备上,即图2红色区域。运维人员再通过SF6组分分析,很快找出的故障点果然在靠近T052开关侧的Ⅱ母线GIS设备中。

效果2016年某特高压变电站母线故障跳闸,运维人员通过综合运用上述方法,不到2h就定位出故障点所在气室,大大减少了工作量,缩短了故障点定位时间,使故障得以迅速隔离,保障了1000kV交流系统的安全稳定运行。

三、提高快速定位及抢修效率的建议

（一）打造抢修工作机制

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配电网络抢修需要借助于科学的工作流程,诸如调整物资配送路径、形成抢修预案等,参照工作经验,根据发生概率较大的故障,有针对性地出台供电应急预案以及故障处理预案,在打造预案过程中,充分明确故障相关部门所需要承担的职责、抢修方法等,这样可以大大提高工作效率。另外需要有效整合涉及到的外部单位(例如公安部门、运输部门等),形成充分的物资储备、高效调动公共资源,可以通过事先配置通用、常用的物资材料箱,打造“急救包”抢修模式,减少物资调用方面的时间。总结常见的配电网络抢修情况,按照相关数据准备抢险物资,根据抢修人员以及涉及区域对相关物资的客观需求,特别是以供电所等作为重点,形成合理的物资配备预案。

（二）强化抢修队伍的专业技能

在抢修过程中,工作人员的专业知识、抢修技能对于故障排除非常重要,特别是在技术方面的判断以及处理,可以参照前面讨论的常见故障,进行充分了解。就供电企业层面而言,应该不断开展对于一线技术人员的专业培训,根据业务需要做好相关考核,奖励优秀、鼓励后进,督促工作人员切实提升专业能力。对于具体故障,能够快速了解具体原因属于线路情况还是设备情况。迅速将需要反馈到配送站,按照实际需求,准确开展物资配送。

（三）借助先进技术

对于故障抢修工作而言,一方面容易受到地理环境、天气情况以及故障性质、故障程度等方面的影响,另一方面也受到抢修现场管理情况的影响。特别是跟技术条件密切相关,例如应该在抢修现场使用专业的抢修设备,还需要用到专业的抢修车辆,配备齐相关设备,诸如通讯工具、定位工具以及应急指挥系统等;借助于先进的无线传输系统,可以及时、准确地将现场相关情况以及抢修工作进展传送到监控中心,后者按照实际情况综合分析、合理进行指挥。

结论

现网内GIS设备应用越来越多,发生故障的概率也越来越大,但GIS设备内部故障隐蔽性强,故障后故障点不容易查找或查找速度慢,通过本文介绍方法的综合运用,可快速准确定位故障点,加快故障设备的隔离,达到快速恢复停电设备供电的目的,对电网安全具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]王胜.GIS故障快速定位及快速抢修处理策略研究[D].华北电力大学(北京),2016.

[2]赵任.GIS故障定位与快速抢修系统研究[J].工业c,2016(6):00278-00278.