220kV GIS设备现场交流耐压试验研究

摘要：现场交流耐压试验是判别电气设备结缘特性最严格和有效地方法。本论文针对220kV变电站的GIS设备交流耐压试验进行了介绍，分析其实验技术，探索能满足实际工程需要的实验装置配置，对相关技术人员有较大的指导意义。

关键词： GIS交流耐压试验220kV

Abstract: Field AC withstand voltage test, is used to distinguish the electrical equipment become attached to the most rigorous and efficient method of characteristics. In this paper, the GIS220kV substation equipment AC voltage withstand test is introduced, and analysis of its experiment technology, exploration can satisfy the need of practical engineering experimental device configuration, the relevant technical staff have a great guiding significance.

Key words: GIS, AC withstand voltage test,220kV

中图分类号： P755.2文献标识码：A文章编号：

1引言

GIS是六氟化硫（SF6）全封闭组合电器的简称，它是全部或部分地采用SF6气体作绝缘介质的金属电器设备，它可以把整个变电站除变压器以外的一次设备，全部封闭在一个接地的金属外壳内，壳内充以一定压力的SF6气体[1]。SF6具有良好的绝缘性能，可以有效缩小绝缘距离，这样一来，不仅节省了用地，而且减少了自然环境对设备的影响。维护方便，运行安全可靠，具有元件全部密封、占地面积少、可靠性高、运行方便、不受环境干扰、检修周期长、安装迅速、维护工作量少、运行费用低等优点。现场GIS设备安装完毕后，需要进行交流耐压试验。其目的是检查总体安装后的绝缘性能是否完好，验证是否存在各种隐患，导致内部故障，还可检验并恢复设备绝缘强度，烧掉尖端和杂质。

2 G IS交流耐压方法概述

2.1工频耐压装置

工频耐压试验装置主要是由调压器、升压变压器、限流电阻、分压器等构成，根据被试品的耐压试验电压值和电容量来选择有单变和串激式两种。图1所示为串激式工频耐压试验装置接线。众所周知，工频试验所串台数越多，其容量利用率会越低，并且装置的短路阻抗也随着增大。

图1：工频耐压试验装置接线

工频耐压试验装置中升压的容量与其重量和体积呈现正比关系，试验的电压值与其体积也呈正比，所以对于电容量大、试验电压高的现场，交流耐压试验因受现场电源、运输条件等限制很少采用。

2.2谐振耐压装置

串激式工频耐压装置可以满足较高电压的小容量耐压试验，而现场交流耐压试验被广泛采用的是谐振耐压装置。谐振耐压装置按调节方式可以分为变频谐振装置和工频谐振装置：按接线方式可以分为并联谐振装置和串联谐振装置两大类。串联谐振装置的等效电路图如图2所示。

图2串联谐振装置的等效电路图

通过调节电流频率来实现的谐振是调频谐振，不需要调节机构来实现电抗器的参数固定，电抗器的重量和体积都会有所减少，因此它更适合应用于现场交流耐压试验。并联谐振装置的原理与串联谐振装置大体相同，将图2中试品Cx和电抗器L由串联改成并联。谐振时试品上的容量会为变压器输出容量的Q倍。不同于串联谐振，变压器输出电压与并联谐振加载在试品两端的电压相同，但是通过试品的电流是变压器输出电流的Q倍，因而比较适用于电流较大的耐压试验。

3 GIS系统交流耐压试验方案的确立

3.1 GIS系统交流耐压试验的标准

按照《气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则》(DL/T555―2004)、《电力设备预防性试验规程》、(Q-CSG-10007-2004)《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》(GB50150―2006)的要求，编制试验方案。GIS常规试验项目包括主回路电阻测量、GIS元件调试、SF6气体微水含量等。交流耐压试验应该在被试设备的常规试验全部结束后进行[3]。

3.2 GIS系统交流耐压试验设备

采用调频式串联谐振耐压试验装置。该设备的基本原理如图3所示，在串联回路中，当试品容抗与感抗相等时，试品电容中的电场能量与电抗中的磁场能量相互补偿，电抗器供给试品所需的全部无功功率，回路的有功损耗由电源供给。这时，谐振回路电流与电源电压同相位，电容上的压降与电感上的电压大小相等，相位相反。回路中L、C参数一旦固定，调节电源的频率等于回路谐振频率的时候有：

图3：串联谐振交流耐压原理图

3.3 GIS系统交流耐压试验相关流程

第1阶段：老练净化。其目的是清除GIS内部可能存在的非导电微粒或导电微粒。老练净化能够使导电微粒移动到微粒陷阱或低电场区之中，同时烧蚀电极表面的毛刺，使其对绝缘没有危害作用。耐压试验电压值应该高于老练净化电压值，时间可取15min。

第2阶段：耐压试验。也就是在老练净化过程结束以后，进行耐压试验，时间为1min。交流耐压试验的主要流程是：试验准备空升试验耐压前绝缘电阻测试交流耐压试验耐压后绝缘电阻测试后期工作[4]。

3.4 GIS系统交流耐压试验方案

3.4.1 交流耐压试验加压过程

现场试验人员编制好试验程序，经用户和制造厂同意后，假设确定采用图4的加压方案。

图4：交流耐压试验加压过程

3.4.2 交流耐压试验方案的设计

交流耐压试验电压值Ut按《气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则》(DL/T555―2004)、的要求，最后确定为：系统耐压值为184 kV。试验拟采用调频法，在50%的试验电压以下进行谐振点的调节，GIS组合电器频率应该控制在30～300Hz。

在交流耐压试验的过程中，试验电压应该施加到外壳和每相导体之间，可以每次一相加压，此时，其他相的导体应与接地的外壳相连接。试验电源可以接到被试相导体的任何一个部位。试验程序的设计，原则上应该使每个部件都能够至少施加1次的试验电压，同时应该尽可能地减少固体绝缘的重复试验次数。

3.4.3 220kVGIS系统交流耐压方案的确定

现场实测220kV GIS系统相关数据如下：母线50 pF/m，电容量：GCB单元330 pF/相。依据现有设备的容量，我们采取以下加压方式：从随机一套管处加压，每次耐压单相。所有主隔离刀和GCB单元处于合闸状态。所有地刀处于分闸状态，总共分3次进行。按这样的方案可以顺利完成母线交流耐压试验,而断路器断口耐压就按照主接线图加压至母线上,断路器断开,另一侧地刀接地,接在母线上的断路器断口可以同时耐压,最后再对接入套管间隔断路器耐压,至此,GIS耐压全部完成。

4对较高额定电压GIS现场耐压方法的意见

通常情况下G IS在现场安装后的缺陷可以分为两大类：

第一类：不导电和导电的自由运动碎屑或微粒。这一类微粒主要是安装工地尘埃或加工遗留等污染带入，也可能是由必要的操作引起的。

第二类：固定的局部电场畸变。造成此类缺陷的主要原因是安装质量不良所造成的绝缘子或电极表面粗糙不平、摩擦、碰撞产生的毛刺、凹坑。遗留的工具、紧固件以及长途运输过程中由于冲撞、震动造成的电极移位或部件脱落等。现阶段，各国的研究结果一致表明，施加电压的波形与检出缺陷的有效性有密切关系。GIS现场耐压不宜采用直流电压；其它波形的试验电压对检出缺陷各有所长。当电极表面有~lm m的凹坑时，同轴电场的SF6绝缘的交流击穿电压不改变，但是负极性雷电冲击放电的电压却表现出明显的下降，仅仅相当于交流放电电压的峰值。由此可见，负极性雷电冲击对这一类缺陷十分敏感。用30--500Hz交流电压作GIS耐压试验，对电极表面损伤和粗糙不够灵敏，如果配合局部放电试验，则除了对电极表面粗糙和损伤不能反映之外，对其它各种缺陷都较为有效或者可以说是很有效。然而用操作冲击或雷电冲击，包括振荡操作冲击或者是振荡雷电冲击，则对电极粗糙或损伤很有效果。因此，对于较高的额定电压等级，建议除了用30~50 Hz交流作老练和耐压试验外，还应该再作雷电冲击或操作冲击，包括振荡型的耐压，用以提高对各种缺陷检出的有效性。这也正是EI C 517(68)标准的要求。

操作冲击和交流时的局部放电试验对缺陷的检出非常灵敏。但是目前由于还是限于试验室工作，现场试验由于背景干扰已经远高于GIS局部放电的允许值，所以实施起来比较困难，而且也缺乏相关经验，因此有待于后续的开发研究。从我国应用GIS的前景来看，在不久的将来也会有较大数量的300k V额定电压的GIS出现，因此，应该着手进行适合现场试验用的振荡型冲击或雷电或操作波装置的研制工作，用以提高我国检验GIS的技术水平。关于固体绝缘，也即操作杆和盒式绝缘子的缺陷，在部件筛选试验的时候就应该避免，不属于现场耐压试验所要解决的问题。

5 结束语

现场交流耐压试验对辨别电气设施是否稳定安全投入运行具有极大意义，也是保证绝缘水平，避免发生电气事故的有效手段。我们要在试验中不断总结经验，抱着严谨，认真的工作态度，将电气事业推向前进。

参考文献

[1] 《气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则》(DL/T555―2004) [S]

[2] 吴桂生,陈劲松.浅谈G IS现场试验[J]. 四川电力技术，2004，27(1)：61-62.

[3] 陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术[M]. 北京：中国水利水电出版社， 2009.

[4] 张文亮,张国兵.特高压G IS现场工频耐压试验与变频谐振装置限频方案原理[J]. 中国电机工程学报，2007,27(24)：1-4.