《GIS和高压断路器绝缘故障、SF6气体泄露、局部放电诊断》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GIS和高压断路器绝缘故障、SF6气体泄露、局部放电诊断（132页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本章内容,概述 高压断路器的监测内容 高压断路器机械特性监测与诊断 GIS绝缘故障的监测与诊断 SF6气体泄露的检测 GIS局部放电的监测,1,10.1.1 GIS & GCB,2,气体绝缘金属封闭式组合电器(GIS)的优点：,敞开式变电站(72 kV-1200 A, 215 MVA),替代为金属封闭式组合电器之后,占地面积和空间占有体积小,城市征地困难 水电站的升压变电站,安全可靠,人员安全 不受气候影响 无火灾、不破坏环境,电磁兼容性好,安装工作量小，检修周期长， 寿命长,3,1956,1966,2000,1500,1000,delivered bays,1976,1996,1986,20
2、04,2006,500, 300 kV,Milestones GIS,Early research,First 500 kV GIS Claireville (CA),First 170 kV GIS Sempersteig (CH),Largest 500 kV GIS Itaipu (BR),First 500 kV GIS in China, Jiangmen,First 800 kV GIS Alpha (ZA),500 kV GIS Three Gorges (CN),10.1.1 GIS & GCB,4,10.1.1 GIS & GCB,G I S,间隔,元件及系统,辅助设备,备件
3、/工具等,间隔,元件及系统,间隔,元件及系统,GIS的构成,5,1: 母线 2、8: 隔离开关 3、7 : 工作接地开关 4、6: 电流互感器 5: 断路器 9: 接地开关 10: 电压互感器 11: 套管 避雷器 电缆终端 控制柜,10.1.1 GIS & GCB,6,江苏无锡华润变电站,10.1.1 GIS & GCB,甘肃兰州东变电站,罐式短路器,宁川东变电站,GIS母线结构,单相封闭式母线 三相封闭式母线,D/d = 2.7,r0/rs = 0.55 rc/rs = 0.167,因为分支出线的缘故，三相封闭式母线的导体布置与气体绝缘输电管道不同，内导体位于半径r0的圆周上，位于底部的内
4、导体与其它两相相差90,GIL中的电极结构,10.1.2 基本结构与组成,10.1.2 基本结构与组成,252单断口断路器本体示意图,灭弧室为单压式变开距双喷结构，它是由静触头和动触头，压气缸，活塞以及其它部件组成。 在合闸位置，电流从静触头侧梅花触头经静触头座、静触头、动触头、压气缸、中间触指和支持件流向动触头侧梅花触头。,灭弧室内部结构图,126灭弧室内部结构图,SF6 GCB,10.1.2 基本结构与组成,300550 kV 63 kA 4000 A BLG1002A弹簧操作机构,合闸,灭弧触头分离,分闸,分闸开始,单压式断路器的开断过程,10.1.2 基本结构与组成,断路器特点： 优良
5、的开断能力 自力型触头的应用 优良的导电回路设计 结构简单 比较长的电寿命 便于检修,断路器的液压操动机构,10.1.2 基本结构与组成,(a) 未贮能，分闸状态,(b)已贮能，合闸状态,(c) 已贮能，合闸状态,外形图,隔离开关,a),b),10.1.2 基本结构与组成,c),三相共箱式隔离开关,接地开关 工作用接地开关 快速接地开关,工作用接地开关是用于保证维修人员安全的，常安装与隔离开关的两端,10.1.2 基本结构与组成,快速接地开关,快速接地开关应具有关合额定动稳定电流的能力。它仅仅在故障的时候工作。快速接地开关的操动机构应符合交流高压断路器标准中有关操动机构的要求。,10.1.2
6、基本结构与组成,电压互感器 电磁式电压互感器 电容分压器,10.1.2 基本结构与组成,电流互感器,采用环状铁芯结构，互感器的初、次级之间的绝缘为气体绝缘,10.1.2 基本结构与组成,金属氧化物避雷器,10.1.2 基本结构与组成,GIS与其他设备的连接,主要特点: 自清洁硅橡胶伞裙 长爬电距离 SF6气体绝缘 运行可靠性高 重量轻,复合绝缘套管套管,10.1.2 基本结构与组成,瓷绝缘套管,主要特点: 长爬电距离 纸浸树脂 电容屏 免维护 抗震,电缆终端,插拔式电缆终端 采用插拔式电缆终端，使得GIS的安装可以与电缆的安装完全分开，在电缆试验、检修时可以直接将电缆终端头拔出，而不需要打开G
7、IS的SF6气室。,10.1.2 基本结构与组成,与变压器连接套管,10.1.2 基本结构与组成,外壳,GIS的外壳一般为钢或铝合金制。它必须能承受一定的压力，密闭性要好，当GIS内部万一发生电弧时，必须不被烧穿，而且高温造成的压力上升不至于引起爆炸。外壳一般采用焊接或法兰进行连接。,具有绝缘子的法兰,连接法兰,10.1.2 基本结构与组成,压力释放装置,当压力释放装置动作时，不应危害工作人员的安全。电弧造成的压力升高，也可用来检测故障位置。,10.1.2 基本结构与组成,23,10.1.2 基本结构与组成,接地系统,24,SF6系统,10.1.2 基本结构与组成,动、静密封采用双道密封（O形
8、圈+密封胶技术）,控制柜,用于指令输入、报警和联锁等用途的辅助电气设备均安装在相应的就地控制柜内。用户控制保护设备需要的电压、电流等信号也是从就地控制柜的端子排上接取, ABB的GIS的控制柜,10.1.2 基本结构与组成,26,10.1.2 基本结构与组成,典型布置形式,标准桥型布置形式,单母布置形式,双母线布置形式,252kV双母线布置形式,27,10.1.3 故障调查与分析,GIS的可靠性相当高，一般被称为免维护设备，随着技术的发展，其平均无故障时间提高到400-1000年/间隔。 采用耐电强度非常高的SF6作为绝缘和灭弧介质 高压导体全部在金属封闭外壳之内，不受外界气候和污染的影响 S
9、F6基本不发生老化,现代电力系统对GIS可靠性的要求： 在电气时代和信息时代，供电可靠性要求越来越高 GIS在电力系统中占有一个很重要的位置 投资削减造成的延长GIS寿命的要求,GIS系统真的不需要维护吗？ 不！,合适的GIS故障监测技术,28,持续的监督可以提高设备的可靠性，延长设备寿命,TBM及CBM的概念,10.1.3 故障调查与分析,29,根据CIGRE的第二次GIS调查结果 被调查GIS的平均投运时间为9年，只有8.4%的GIS运行超过20年 全球平均GIS故障率为 0.75次/100间隔年 大约87%的GIS从未发生故障，约7%发生过1次故障 大约20%的故障发生在投运后1年之内
10、断路器、母线和隔离开关是最容易出问题的部分 现存GIS的预期寿命大约为30-40年，新安装的GIS的寿命预期为30-50年 GIS的年漏气率一般小于0.5%,10.1.3 故障调查与分析,快速暂态过电压的问题,波前时间很陡(520 ns) 耐电强度高，放电形成时延短 有频率很高的高频电压分量 电压波在GIS中折反射造成0.1-10 MHz 幅值并不高，很少到达2.0 p.u. VFTO的幅值大小与隔离开关触头间电弧重燃电压大小有关，也与被开断的母线上的参与点和的电压值有关。,危害： 引起GIS或相邻设备的绝缘故障,10.1.3 故障调查与分析,31,GIS绝缘事故的数量及绝缘事故的比例,全球平
11、均GIS故障率为 0.75次/100间隔年 电压等级越高，问题越严重,10.1.3 故障调查与分析,32,GIS事故原因统计,绝缘故障、机械故障等，其中绝缘故障超过50%,10.1.3 故障调查与分析,33, GIS事故的具体原因,10.1.3 故障调查与分析,34,10.1.3 故障调查与分析,检查瓷套和机构清洁度 检查加热器功能 检查气体压力,A类 目视检查,35,10.1.3 故障调查与分析,操作记数器检查 SF6气体压力及露点 开关位置的效验 主回路电阻测试 机械特性测试 分合闸动作电压检查 防跳回路检查 操作测试,检查弹簧储能 分合闸掣子检查 缓冲器 防误操作的机械联锁 热成像检查
12、螺栓、螺母紧固检查 防锈蚀检查 润滑检查,B类 预防性维护,36,大修条件： 线路断路器nI=20000 电容器组断路器 电抗器组断路器 滤波器组断路器 大修工作内容： 更换吸附剂、密封圈、触头、导弧罩等。 准备工作： 检修车间及真空泵、干燥的氮气、微水测量仪、机械特性测试仪等。 建议：有条件返厂大修。,10.1.3 故障调查与分析,C类 断路器的大修,10.2 高压断路器的监测内容,37,卧式双断口GCB,如何保证稳定可靠的开断性能?,38,10.2.1 断路器基本特性,触头寿命,操作次数,开断短路电流 (kA),10000次操作后的滑动触头,39,低温性能,10.2.1 断路器基本特性,a
13、：0.5MPa b：0.45MPa c：0.43MPa,40,10.2.1 断路器基本特性,电弧燃弧时间,一个断路器的灭弧能力可以通过监测燃弧时间来反映。如果一个断路器的动作行程时间没变，而燃弧时间变长，那么可以推断灭弧室里一些部件出现了问题：如灭弧介质的介质强度降低(污染的油、污染的气体)，断口电场变差(触头烧损) 等。,主触头电寿命,通过测量主触头的IT的累加值可以记录主触头的烧损情况。,41,断路器特性监测单元,电寿命监测： 开断电流、 开断次数、 累计触头磨损量,机械状态监测： 分闸、合闸电磁线圈电流； 分合闸速度； 断路器操作的机械振动信号； 储能电机关键信息；,10.2.2 断路器
14、监测内容,42,10.2.2 断路器监测内容,断路器触头温度监测单元,断路器磨损 机械状态 绝缘材料的性能 由于负荷造成的主触点侵蚀 断路器动作过程 分闸过程 合闸过程 储能过程,43,10.3 断路器机械特性监测与诊断,44,10.3.1 断路器触头磨损,断路器的磨损表现在机械机构性能、用来灭弧的绝缘材料的性能以及断路器开断电流造成的的主触点的侵蚀等方面。,断路器的分合闸期间，机械动作实质上由三个部分组成：闭锁动作，移动，移动结束，可导致机械机构出现问题的原因： 分合闸线圈故障； 弹簧机构内部粘着； 缺乏润滑； 组件之间的粘结； 轴承卡住； 储能系统受损（弹簧，气动装置）。,断路器移动速度变
15、化,45,10.3.2 绝缘材料性能与触点磨损,据统计，能够导致断路器灭弧能力发生问题的因素有： 油被污染（对于少油、多油断路器）； 气体被污染（SF6断路器）； 档板磨损； 喷管烧蚀。,电弧持续时间,由于负荷造成的主触点侵蚀：,断路器主触点的磨损主要来自于电弧带来发热。在每一次电弧期间，断路器主触点的腐蚀对于I2T来说是按比例变化。,B、C相500kV断路器开断时电弧重燃将触头烧伤,46,10.3.3 断路器动作过程,分闸过程,t1-故障开始时刻 t2-保护分闸命令输出时刻(分闸线圈开始带电) t3-动静触头分离时刻 t4-故障电流灭弧时刻 t5-分闸线圈回路辅助触点断开时刻,47,合闸过程
16、,10.3.3 断路器动作过程,t6-合闸命令发出时刻（合闸线圈开始带电时刻）； t7-断路器一次断口电弧接通时刻； t8-动静触头接触时刻； t9-合闸线圈回路辅助触点断开时刻。,48,储能过程,10.3.3 断路器动作过程,阶段I，t=t0t1，为电机的起动阶段。起动电流峰值Ist的大小由电源电压和电机的参数决定。 阶段II，t=t1t2，作用在储能轴上的力矩不大，在此阶段电流略有上升，但可基本认为是常数Ia。 阶段III，t=t2t3，作用在储能轴上的力矩明显增大，点击电流显著上升。t3时刻力矩达到最大值，电机电流也达到最大值Im。 阶段IV，t=t3t4，作用在储能轴上的力矩减小，电机电流下降。t4时
