一起GIL单相永久接地故障范围分析

王 升

(雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051)

气体绝缘金属封闭输电线路(Gas Insulated Metal Enclosed Transmission Line,GIL)作为一种新型的输电线路，具有输电容量大、损耗小、占地少、布置灵活、可靠性高、免维护、寿命长、与环境相互影响小等优点，采用GIL可解决特殊气象环境或特殊地段的输电线路架设问题，通过合理规划和设计，不但可以大大降低系统造价，而且也能提高系统的可靠性，因此GIL越来越多的在大型水电站中得到应用[1]。GIL在大型水电站中通常作为地下厂房GIS开关站和厂外架空线之间的连接，其继电保护范围一般包含在线路保护范围内，未对其单独配置继电保护装置，因此GIL发生单相接地故障时，线路保护装置会启动跳开相应的线路开关，故障测距为0 km[2]。如果仅参考线路保护装置、行波测距和故障录波装置的故障测距数据，是不能判断故障点是在厂内GIS及GIL设备，还是厂外出线场附近架空线路。若故障范围不能确定，则影响线路是否具备试送和线路开关是否具备合环运行的判断。

锦屏一级水电站500 kV一次设备主接线采用3串三分之四断路器接线，共有6台发变组和3回出线，3回出线经厂内GIS接出后，采用GIL送至厂外出线场，再由500 kV架空线路送至82 km外的换流站。本文针对该水电站内500 kV GIL曾发生的一起短路接地故障，利用线路保护、故障录波和稳控装置所测得的故障电流，结合500 kV保护配置图来综合判断故障范围，为后续事故处理提供重要参考。

1 系统配置

站内每条线路的线路保护共配置2套，每套线路保护配置1套南瑞RCS-985GMV超高压线路电流差动保护装置和1套RCS-925G过电压保护及故障启动装置。2套保护配置完全独立，保护装置采集的线路电流为2个线路开关靠母线侧的CT电流。

站内500 kV GIS系统配置1套故障录波装置，选用ZH-5嵌入式电力故障录波分析装置。该装置能记录500 kV系统故障全过程的信息和数据，并进行计算处理。该装置能进行电流、电压幅值、峰值、有效值、频率计算；有功、无功功率计算；具有连续监视500 kV线路故障和系统振荡的能力。故障录波装置测量的线路电流取自线路开关和线路刀闸之间的线路短引线上的CT。

线路开关和线路刀闸之间的线路短引线接线图如图1所示。

图1 线路短引线接线图

站内的稳控装置采用双重化配置，均为南瑞SCS-500型稳控装置，2套装置功能完全相同、相互独立。稳控装置主要监测线路、母线和发变组的运行情况，识别系统运行方式，进行故障判别，并按策略表执行相应的控制措施，以提高电力系统的稳定性。稳控装置测量的线路电流取自线路刀闸外侧出线CT。线路刀闸至厂外架空线路之间的线路GIL接线图如图2所示。

2 故障现象

锦屏一级水电站曾发生过一起GIL单相短路接地故障，故障发生后线路保护动作且启动重合闸，跳开故障相线路开关，开关重合于故障后沟通三跳，跳开故障线路开关三相。经检查，线路保护装置测距结果为0 km，故障电流为5.78 A(二次值)。行波测距装置单端测距结果为故障点距离换流站82.588 km(即距离本站0.662 km)[3]。

接地故障发生后故障录波装置启动，启动原因为分相电流差动保护动作，故障录波测量故障位置为0.059 km，查看故障录波装置屏上显示的故障电流如图3所示[4]。

从线路保护装置、行波测距装置和故障录波装置的测距结果看故障点在电站侧附近，但无法确定是厂内GIL还是厂外架空线路。

图2 线路GIL接线图

图3 故障时故障录波线路电流

GIL单相永久接地故障时，故障线路跳闸，稳控装置同时也会发出运行方式异常告警，并记录故障线路的电流，稳控装置上显示的故障电流如图4所示[5]。

图4 故障时稳控装置线路电流

3 故障分析

根据锦屏一级水电站500 kV一次设备主接线图，当发生线路单相永久接地故障，且故障测距为0 km，则故障点可能在以下三个位置：

1)线路开关至线路刀闸之间的短引线；

2)线路刀闸至出线场的GIL；

3)出线场附件的架空线路。

对上述三个故障点的详细分析如下。

1)线路开关至线路刀闸之间的短引线。如果故障点在线路开关到线路刀闸之间的线路短引线上，由图1可知，对于线路保护和故障录波装置的CT回路而言，线路保护装置CT测量的电流为本侧母线给故障点直接提供的故障电流，而故障录波装置所测量电流为换流站通过线路(存在线路阻抗)提供的故障电流，因此线路保护装置所测量电流会大于故障录波装置所测量电流。

2)线路刀闸至出线场的GIL。如果故障点在线路刀闸至出线场的GIL上，由图2可知，对于故障录波装置和稳控装置的CT回路而言，由于故障录波装置所测量电流为本侧母线给故障点直接提供的故障电流，而稳控装置所测量电流为换流站通过线路(存在线路阻抗)提供的故障电流，因此故障录波所测量电流会大于稳控装置所测量电流。

3)出线场附近的架空线路。如果故障点在出线场附近的架空线路上，则对于稳控装置和故障录波装置的CT回路而言，该电流为穿越性电流，两组CT所测量电流应相同。

4 结 语

在此次GIL单相永久接地故障后，线路保护装置测量的故障电流换算成一次值为23 120 A(变比为4 000∶1)。故障录波装置测量的故障电流为24 472 A。稳控装置所测量最大电流仅为6 480 A。

根据以上的分析，对比这三个故障电流值可知，故障情况与上述的第二种情况相同，因此可以确定故障点在线路刀闸至出线场的GIL上。最后经过对故障相GIL用内窥镜检查，发现GIL内部确实存在放电痕迹。

因此，当厂内GIL发生接地故障时，线路保护动作跳开故障线路，但是无法通过线路保护装置和行波测距结果判断故障范围。此时可以通过对比线路保护装置、故障录波装置和稳控装置的故障电流来确定故障范围，从而为线路开关是否具备合环运行和线路是否具备试送条件提供依据。