摘 要 变压器与GIS(气体绝缘全封闭组合开关设备)通过高压套管连接，为了防止GIS外壳产生的感应电流流过变压器本体，采用相互独立的接地设计。如果两者的对接区域设计不合理将会产生电位差。某电站开关站新增变压器在送电倒闸操作，因变压器与GIS对接区域产生电位差，导致送电过程中发生剧烈的
短时放电。本文对GIS和变压器连接方式进行分析，针对以上原因提出了相应的改进措施。
关键词 GIS(气体绝缘全封闭组合开关设备)；变压器；连接方式；改进措施；
0引言
GIS因其得天独厚的优越性,近年来在超高压输配电系统中得到了广泛的运用和发展。GIS中的SF6气体对电场非常敏感，在设计时GIS设备一般采用均匀或稍不均匀电场的结构，但由于制造过程中无法避免会产生导电微粒等物质，从而导致GIS的存在电场集中现象。因此在使用隔离开关转化运行方式或切换设备冷热备用状态时，往往会在隔离开关触头间发生放电，并会在GIS外壳产生感应电压。当处于GIS内部的隔离开关触头之间发生放电，由于脉冲陡度大、损耗小，沿GIS管道发生多次折反射产生的高频脉冲波可能使处于不同接地点上的金属外壳发生放电[1-3]，因此设备接地尤为重要，可以保护设备和人员安全。变压器内部引线通过高压套管引到箱体外侧与GIS设备进行连接。为了防止GIS运行时外壳产生的感应电流流过变压器本体，造成局部过热。变压器和GIS接口区域必须符合规范，本文就该区域接地不规范引起设备放电问题进行分析并提出改进措施。
1事件分析
1.1 事件背景
某核电站400kV /500kV开关站为了扩容新增一台变压器。新增的变压器在投运前已经做过五次充电试验和系统三次带负荷试验，试验结果都正常。在变压器进行投运时，首先要将（图1）断路器两侧的隔离开关合上，而在合上变压器500kV侧605JS隔离开关和400kV侧902JS隔离开关时，变压器高压套管和变压器升高座上的法兰上发生短时放电，现场看到明显的电弧并伴有兹兹的放电声响，事件发生时各刀闸状态如下（图1）所示。
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图1 事件发生时开关刀闸状态
1.2 事件分析
1.2.1 放电现象的分析：
此断路器为双断口断路器，配置了并联电容器。在高电压的作用下可以看作一个高阻抗的通路，因此会在GIS串的T点感应出电压，在低能量的电压下操作刀闸时，GIS外壳会感应出电压，与变压器本体产生电位差。
主变高压套管通过绝缘隔板与GIS侧相隔开，以绝缘隔板为界分为GIS侧和变压器套管侧，其中绝缘隔板的作用是便于在故障发生时判断故障来源于变压器还是GIS，同时减少短路电流的相互冲击。绝缘隔板上装设了压敏电阻，压敏电阻的作用在于减少绝缘隔板两侧的电位差引起的放电，并用来抵消刀闸开关操作时传递至变压器侧的感应电压。变压器套管和变压器升高座间有一个绝缘块。由于变压器套管侧与GIS侧接地共用一个接地系统，导致GIS和变压器套管在接地点汇合，压敏电阻失效。由于绝缘块的存在，变压器升高座上法兰处于零电位。在感应电压为10kV状态下操作变压器两侧的隔离开关过程中， GIS外壳感应的过电压直接传送到变压器套管侧，使得变压器高压套管和变压器升高座法兰电位差急剧升高，发生放电现象。
1.2.2 等效电路图
GIS管道呈容性，GIS侧用电容C1表示，同时还有变压器套管侧的GIS，用电容C2表示；变压器呈现感性，用电感L表示；把外壳感应电压用一个电压源表示；此外还有一个绝缘隔板和压敏电阻，以及上下端出现电位差的绝缘隔。等效电路图如下图3所示。由图3可以看出，因为变压器和GIS接口区域设计缺陷导致压敏电阻失效，GIS外壳感应出的高电压，直接汇流到变压器侧的绝缘隔板上端，因为变压器是另用一个接地系统，绝缘隔板下端电位低，因此会在变压器侧绝缘隔上下面形成电位差，导致放电。
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图2 放电等效电路图
2故障处理
参考文献GB/T 22382-2017 [4]相关内容，变压器与GIS通过母线管直接相连时外壳需配置一个绝缘隔断，以便于故障发生时明确判断故障来源于变压器还是GIS，同时减少短路电流的相互冲击。本次扩建改造工程共配置了两个绝缘隔断，分别位于GIS侧和变压器侧。经现场多次测量及研究决定：
（1）保留原压敏电阻设置方案消除电压冲击对套管末屏的累积效应，同时有效避免大电流流过变压器本体；
（2）取消靠近变压器套管侧GIS外壳接地，并取消三相连接铜排，使变压器套管侧GIS外壳跟GIS侧外壳的接地系统相隔开，防止GIS侧外壳的感应电压通过接地装置直接窜到变压器套管侧，改善变压器和GIS接口区域的接地设计；
（3）将变压器套管下法兰面与变压器本体升高座进行短接，变压器套管侧GIS外壳与变压器接地系统连接在一起，降低变压器侧绝缘隔上下端会产生电位差。同时把GIS接地系统跟变压器接地系统在GIS绝缘隔板分割成独立的两个部分。
等效电路图如下图3所示：
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图3 改进后的等效电路图
3总结
经过对变压器与GIS对接区域接地进行改进后，故障消除。因为GIS外壳感应电流较大，不宜流过变压器本体外壳。GIS和变压器的接地系统应该相互独立。对变压器和GIS接口区域接地系统的改进应该遵循以下几点：
1)压敏电阻可以限制过电压向变压器高压套管过渡，且过电压会冲击变压器套管的末屏，对变压器末屏有累积效应。
2)GIS与变压器的接地系统应该相互独立，并且以绝缘隔板做为间隔，变压器套管处的GIS外壳可以与变压器接地系统相连。
变压器与GIS对接区域接地设计的改善非常重要，可以防止变压器升高座及套管法兰发生放电等现象，保证系统安全稳定运行。
参考文献
[1]邱毓昌. GIS 装置及其绝缘技术[M]. 北京: 水利电力出版社,1994.
[2]杨凌辉,张嘉旻，500 kV GIS 隔离闸刀操作暂态过电压的研究[J]. 上海:华东电力试验研究院, 2004，32（1），37-40
[3]陈金法, 杨立川, 李思南，一例隔离开关触头烧损引发GIS外壳放电故障的分析浙江省电力试验研究院[J], 浙江杭州，2007 ,3 ,23-25
[4]额定电压72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备与电力变压器直接的直接连接.中国标准书号：GB/T 22382-2017[S].北京：中国标准出版社，2017