500kV超高压配电装置特殊试验

[摘要] 福建宁德核电站一期1、2号机GEW开关站/超高压配电装置系统由GIS和GIL两个系统组成，开关站（GIS）通过气体绝缘金属封闭输电母线(GIL)与核电站1号、2号、3号、4号机组主变高压侧出线套管相连接。四组出线（宁德一、宁德二、笠里一、笠里二）通过架空线与电网相连接。其优点是：结构小型化、运行可靠性高、运行安全性好、电磁兼容性好、安装周期短、维护方便、检修周期长、传输容量大。对于近海空气盐分高、湿度大的运行环境，GEW与其它开关设备和传统输电方式相比，在运行维护成本和长期安全运行方面都有显著的优点。现场交接试验在于检查GEW系统总体安装后的绝缘性能是否完好，验证是否存在各种隐患（如生产质量、安装错误，装卸、运输、储存和安装调试中的损坏，内部是否清洁，存在异物等）导致的内部故障。本文主要介绍福建宁德核电站一期1、2号机GEW系统现场交接试验。

[关键词] 气体绝缘母线 开关设备 试验

中图分类号：TM56文献标识码： A

1 概述

GEW系统设备为积木式结构，主要由断路器、隔离开关、接地开关、快速接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线、套管等（见照片1-9）部分组成。其中的气体绝缘母线是一种气体绝缘的输电管道，外壳与导体的截面为同轴柱结构，导体与外壳通过三角形绝缘子或盘式绝缘子(气室分隔处)连接，其空间充一定压力的SF6气体。绝缘子位于外壳内部，外壳通过法兰联接，这样可以最大限度保证外壳的电气连通性及等电位性。气体绝缘母线的另一个重要的优点是电容比电缆的小，因而即使长距离输电，也不需要无功补偿。

2 工程概况

福建宁德核电站一期1、2号机GIS系统设备由新东北电气（沈阳）高压开关有限公司生产，是引进瑞士ABB高压技术有限公司ELK3型550KV GIS技术而设计的，本次试验共4台机组，12个间隔。包括36台断路器，96台隔离开关，108台接地开关，96台电流互感器，20台电压互感器，12台避雷器，1300多米母线。GIL系统设备由苏州-阿海珐公司生产，三相回路的长度分别约为500米、400米和500米。由于本次试验从开关站外出线套管处加压，GIL耐压试验的同时必须连同GIS设备一同试验，七类设备整体完成交接试验时，单次试验回路最长约900米，试验回路负载大。目前国内外均无整体交接相关规程和标准，试验难度大，试验过程的控制复杂,既要满接试验规程要求，又要兼顾各类设备不同特性参数和现场试验条件的限制。试验必须有序多次进行，整个流程是按照试验电压由高到低顺序操作，加压点选择在开关站500KV出线侧套管处。本次的试验项目主要有：GEW系统整体耐压试验；PT励磁特性和误差校准试验；CT误差校准试验；SF6罐式避雷器系统运行电压和持续运行电压下的全电流、泄露电流试验。

3 GEW系统设备主要电气参数

3.1 GIS系统主要设备

3.1.1 断路器

额定电压：550 kV额定电流： 4000 A 机械稳定性操作：10000次/5000次

额定短路开断电流：63 kA灭弧室电寿命：大于20次峰值耐受电流：171 kA

噪音水平：距断路器最近部位2米，高1.5米处不大于110dB(A)开断时间：≤40 ms

分闸时间：≤30 ms 合闸时间：≤70 ms 额定操作顺序：O-0.3s-CO-180s-CO

合分时间（金属短接时间）：≤50 ms重合闸无电流间隔时间：0.3s，可调

分合闸不同期性极间同极断口间

分闸不同期性：≤2.5ms≤1.5ms

合闸不同期性：≤4ms≤2ms

3.1.2 母线

额定电压：550 kV最高工作电压：550 kV额定频率：50 Hz

额定电流：母线电流4000 A；进线电流4000 A；出线电流4000 A

额定短路开断电流：63 kA额定动稳定电流(峰值)：171 kA

额定热稳定电流及其持续时间额定值：63/3 kA.s

额定工频耐受电压：相对地(1min)(kV) 740；断口间(1min)(kV) 740+315；零表压下相对地(5min) 1.3倍相电压；零表压下开关断口间(5min) 1.3倍相电压

额定雷电冲击耐受电压：相对地(1.2/50μs)(kV) 1675；断口间(1.2/50μs)(kV) 1675+450

额定操作冲击耐受电压：相对地(250/2500μs)(kV) 1300；断口间(250/2500μs)(kV) 1300+450

设备温升30K 大修周期20 年

3.1.3 PT电磁式电压互感器

原边额定电压：500/√3 kV局部放电：≤5 pC负载功率因素cos 0.8

低压线圈绝缘水平：工频1min 耐压(kV)；二次线圈2kV；匝间4.5kV

副边额定电压：100/√3 V；输出容量：75 VA准确级0.2/0.2/3P/3P

3.1.4 CT电流互感器

额定频率：50 Hz额定一次电流：2/4/0.3 kA额定二次电流：1 A

额定输出容量：30/20/15 VA 准确限值系数：30/60 仪表保安系数：10

标准准确级：0.2S/5P60/0.2/T；PY/5P30/0.5

3.1.5 SF6罐式无间隙氧化锌避雷器

系统标称电压：500 kV 避雷器额定电压：420/444 kV 避雷器标称放电电流：20 kA

避雷器冲击残压(kV)：陡波冲击残压(1/5μs); ≤1075/1137；雷电冲击残压(8/20μs); ≤1046/1106；操作冲击残压(30/60μs); ≤858/907

冲击通流容量试验：雷电冲击通流(kA) 100；大电流冲击耐受(4/10μs)(2次) 2

电流冲击耐受试验：耐受长持续时间电流冲击18 次不击穿；2000A

压力释放等级(kA) 63 爬电比距(mm/kV) 31 额度电压：420KV

持续工作电压：336KV

3.2 GIL系统母线

充气压力：3.5bar报警压力：3.1bar最小压力：2.9bar

系统额定电压：500kV额定电压：550kV 额定频率：50 Hz额定电流：2000 A

额定工频耐受电压（kV rms）：740kV额定雷电冲击耐受电压（kV peak）：1550kV

额定操作冲击耐受电压（kV peak）：1175 kV 额定短时耐受电流：63kA，3s

零气压5分钟工频耐受电压（kV rms）：1.1×550/√3kV

额定峰值耐受电流（kA）：170kA壳体电阻：5.2μΩ/m导体电阻：6.8μΩ/m

母线电感：0.21μH/m母线电容：54 pF/m

4试验前的准备工作

将试验设备吊装放置在离GIS出线套管大于12米以上的平整夯实地面上，试验设备（电抗器）放置点的地面进行夯实处理，设备底座与地面用枕木架空隔离，确保电抗器（高度约12m，重量54t，底面积直径为3m）不发生倾斜；试验设备占地面积不小于400m2（见照片10）。

断开主变、架空出线、电容式电压互感器、出线侧避雷器与GIS出线套管之间的连接线，保持设备断开点与加压点之间的空间距离大于5米，主变、架空线、电容式电压互感器、出线避雷器侧接地；将GIS内所有电流互感器的二次绕组短路，并接地；将罐式避雷器的连接导杆断开；吊车（25吨）1台，吊装试验设备；高空作业车1台，安装均压环、高压引线等；拆掉一次引线，试验完毕后恢复相应接线；连接（拆除）高压引线及CT二次的短接；容量大于400kVA的三相380V电源接入试验设备。

试验主要设备见附表1。

5 交接试验

5.1 GEW系统整体耐压试验

5.1.1试验条件检查

耐压试验前，按GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》的要求，完成其各项常规交接试验项目，并确认合格；

GEW设备应完全安装好，充合格SF6气体到额定压力，并进行各气室的微水和密封性试验测量合格后，才能进行耐压试验；

检查GIS的断路器和隔离开关处在合闸位置，接地开关和快速接地开关处在断开位置；检查GIS外壳座接地良好，非试验部分有足够的绝缘距离，并可靠接地；

设置试验区域安全围栏进行隔离并悬挂警示牌，设备送电进行试验设备调试，所有试验设备调试完毕。

本次宁德核电站500kV GEW系统主回路耐压试验采用变频谐振耐压装置进行试验，交流电压频率应在10Hz～300Hz范围内。由于被试GIS、GIL对接安装完成后单项最长约900米，加上各设备对地电容，其总负载电容量愈43000pf，耐压老练持续时间长,耐压试验分三次从三相不同的出线侧套管加压进行，GEW主回路绝缘耐压试验接线示意图见下图2。

图2GEW主回路绝缘耐压试验接线示意图

考虑到目前国内外尚无GEW系统整体交接试验规程，安装后的系统耐压试验应能全面考核设备制造和安装质量，也能确保GEW系统和试验设备的安全，综合考虑各方面的意见和制造商的实际情况以及组装前的各分体件的出厂试验依据，制定如下耐压试验的加压程序。依据DLT618-1997《气体绝缘金属封闭开关设备现场交接试验规程》提出的，老练和耐压同时顺序进行。变频耐压试验电源频率大于50HZ，应在70HZ以上。

测试电压曲线:

100 kVrms for 10 minutes175 kVrms for 7 minutes

250 kVrms for 5 minutes 300 kVrms for 2 minutes

350 kVrms for 1 minute 380 kVrms for 5 minutes (conditioning)

400 kVrms for 1 minute450 kVrms for 1 minute

592 kVrms for 1 minute (test voltage)

图3测试电压曲线示意图

5.1.2试验过程

加压前，将GIS所有各有关断路器、隔离开关和接地开关操作至正确状态，该项试验前必须确认主变侧罐式避雷器连接导杆处在断开状态。会同业主、监理、安装、试验单位和厂家对GEW系统试验状态进行最后检查确认。

加压前，为确保试验设备正常运行，试验设备先不接试验回路，试验设备空载升压，以检查试验设备是否正常和准确。尽可能准确计算试验回路参数并合理搭配试验设备的组合方式，控制谐振频率在70HZ以上，避开PT的饱和点。估算试验回路各部分的电压、电流、功率，使之工作在设备允许范围内。设备各电量参数的欲度按照电流70%、电压75%、容量75%加以控制和匹配，做到万无一失。各监测仪表统一引至工作台监控，在加压的每一点都必须严格记录各设备运行参数。

用高压引线将被试系统出线套管与试验装置高压端连接，并检查测量仪表。开始升压，合上试验电源，控制变频电源，励磁变压器有一定输出电压，在此输出电压下，将回路调至谐振状态。然后，按耐压老练试验加压曲线，从零将试验电压逐渐升压至592kV（见图2），保持1min，快速降压至零，断开电源。

试验完毕后，恢复相关的连接线。如果气体绝缘金属封闭开关设备的每一部件均已按选定的试验程序耐受规定的试验电压而无击穿放电，则认为整个气体绝缘金属封闭开关设备通过试验。

在试验过程中如果发生击穿放电，应进行重复试验，如果设备还能经受规定的试验电压时，则认为是自恢复放电，耐压试验通过。如果重复耐压失败，则检查放电设备，将放电设备解体，打开放电间隔，仔细检查绝缘损坏情况，采取必要的修复措施，再进行规定的耐压试验。

5.2 PT电磁式电压互感器空载电流、励磁特性和误差校准试验

在整体GEW系统耐压结束后，按照试验电压的高低排序应进行电磁式电压互感器空载电流和励磁特性试验项目，随后再进行PT误差校验，电压按照工频50HZ串联谐振方式产生，试验电源频率稳定在工频50HZ。

宁德核电站关口计量用电压互感器设置在GIS中，未安装前互感器本体无套管引出，故不能单独拆分校验，加压点只能选在出线侧套管处，试验回路同GEW系统整体耐压试验，对于电压互感器空载电流、励磁特性和误差校准试验采用工频串联谐振法从出线侧试验套管处进行加压试验。接线图如下：

图4PT空载电流和励磁特性试验接线图 图5PT误差校准接线图

5.2.1 PT空载电流和励磁特性试验

试验电压：最高为（1.2-1.5）Un

根据GB 50150－2006 要求电磁式电压互感器的励磁曲线测量，应符合下列要求：

用于励磁曲线测量的仪表为方均根值表，若发生测量结果与出厂试验报告和型式试验报告有较大出入（＞30% ）时，应核对使用的仪表种类是否正确；

一般情况下，励磁曲线测量点为额定电压的20%、50%、80%、100% 和120% 。

对于中性点直接接地的电压互感器（N端接地），电压等级 35kV 及以下电压等级的电压互感器最高测量点为190% ；电压等级 66kV 及以上的电压互感器最高测量点为150%；

对于额定电压测量点（100%），励磁电流不宜大于其出厂试验报告和型式试验报告的测量值的30%，同批同型号、同规格电压互感器此点的励磁电流不宜相差30%；

注：该项试验前必须确认主变侧罐式避雷器连接导杆处在断开状态。由于被试电压互感器安装在开关站的高空GIS管道母线中，励磁电流只能用小量程的高精度mA表读取，出于安全考虑，励磁电流从PT的高压尾端用钳型卡式穿线表头读取，监护PT电压也只能从PT的二次绕组用数字表检测，电流电压表用摄像机监视读数，人员站立在地平面。电源侧电压用分压器检测，试验用标准PT退出（避免饱和与损坏）。用对讲机保持加压点与PT检测点的通讯畅通。

5.2.2 PT误差校准

用标准电压互感器作标准器，在被试电压互感器二次接入额定负荷（注意计量与测量两个绕组要同时带负荷）；开始试验，调压器均匀地升起电压，电压上升到5%时停下试测，观察测量示值是否正常，若无异常可升电压至80%UN、100%UN、110%UN；测量完成后降下电压，然后在下限负荷下测量80%UN、100%UN下的误差。试验过程应保证平稳升降电压。

操作注意事项：

按照图5中的接线方式及被校互感器的具体要求接好线，然后由一人复查，确认无误，并检查调压器、指零仪是否在零位状态，各种表计是否正常。

准备好各种规范记录表格，以便记录原始数据。

所有准备工作做好后，方可合闸送电，调压器均匀缓慢上升和下降，测试完毕后将调压器降到零位，跳闸断电。

在进行电压互感器误差测试时，确认其二次回路已经退出运行，且确保相应的母线开关及刀闸处于适当位置；一次引线从试品顶部以不小于45°夹角向下斜拉；每个二次回路应有而且只能有一个接地点，且严禁二次短路；尽量在电压互感器本体端子排上接线；被试电压互感器二次计量绕组分别用两对线引到校验仪和电压负荷箱。

5.3 CT误差校准试验

宁德核电站500kV电流互感器安装在GIS管道母线中，全部采用GIS结构形式。电流互感器额定电流比：4000/2000/1，准确度等级：0.2级；额定负荷：（30、20、15）VA。GIS组件结构示意图如图6所示，其中，CB为GIS断路器、两侧分别为CT，GS为接地刀闸、ES为隔离刀闸。

图6GIS开关组件结构示意图

通过对现场状态分析，CT接地刀闸通过试验电流能力没有问题，因此宁德核电站500kV开关中计量用电流互感器的误差测量方案通过接地刀闸作试验一次回路电流接入点进行误差测量的作业方式，用大电流多股编织导线从升流器穿心输出连接到断路器两侧的接地刀闸，并断开两侧接地刀闸与GIS管道外壳间的连接板，然后将来自升流器的一次导线分别接入。规程方式误差测量线路及试验设备系统接线如下图7所示

图7规程方式误差测量线路

图示说明：

调压器：输入电压380V，输出电压0―420V，容量60 kVA；

升流器：电压比380V/10V*2，容量2*60kVA（试验时串联运行）；

TO：标准CT，（200-10000）A/1A，0.02S级；

TX：被试电流互感器，（4000）A/1A，0.2级，额定二次负荷20VA；

CT1~CTn：主回路中未参与误差测量的电流互感器；

C：补偿电容器，额定电压2*430V，单只电容量1000μF/2―2*1000μF（备用3只）；

HE：互感器校验仪，额定工作电流5A、1A，准确度2级；

Zb：电流互感器负荷箱，3级。

5.4 SF6罐式避雷器系统运行电压和持续运行电压下的全电流、泄露电流试验

主变侧的SF6罐式避雷器是GEW系统试验的最后一项试验，在前面所述的几项试验中，避雷器连接导杆是处于脱开（或断开）状态的，进行本项试验前要打开避雷器的导杆气室，将连接导杆连好，抽真空充SF6气体至设备规定的完备状态，加高电压进行避雷器参数试验。交流运行电压(288kV)下泄漏电流试验和持续运行电压（336kV）下的电容电流（两项可以同时进行，由低往高升压测量数据）。

由于试验电压的施加是与GIL、GIS管道母线一起进行的，而GIL是不允许施加直流电压试验的，因此SF6罐式避雷器直流参数试验取消。

难点分析：宁德核电站MOA设置在主变侧，结构为气体封闭型，不能单独拆分试验，加压点只能选在出线侧套管处，交流参数试验回路超长，必须带GIS和GIL管道母线一起加压。加压点在远离被试避雷器的开关站出线侧，试验参考电压无法直接读取，只能用GPS同步远距离传输信号的无线方式进行测量。

图8 MOA试验接线图

由于现场避雷器无法与CGIT脱开，因此避雷器运行电压下的交流泄漏电流测量只能带CGIT管道同时进行。交流电压加压点在500KV出线的试验套管处加入，电流从避雷器放电监测仪处取出。避雷器参考电压从标准PT二次侧取出，用无线GPS同步采样方式传输参考电压信号。泄漏电流从避雷器的接地端取出，将监测仪上端打开，与地之间接入微安表。

工频交流试验电压：288kV、336kV。

注意：由于监测取样信号用标准电压互感器耐压水平较低，试验电压应严格控制在饱和点以下。

6安全措施

提前成立试验工作组，召开专题会议，明确分工；

所有参与试验人员工作前必须经过安全交底并双签字；必须严格遵守《电业安全工作规程》、核电站相关管理程序规定，杜绝违规现象的发生；

试验前将试验区域（出线侧、开关站内、廊道口、主变压器区域）进行划分，设专门分组长负责，试验区域周围装设围栏及悬挂“高压危险”的警示牌进行隔离，升压前分组长检查责任区内无其他人员，并设专人在围栏旁进行监护，然后用对讲机向组长汇报；

组长接到各区域负责人汇报确保状态安全后下令升压，升压过程中所有指令由组长发出，其余人员听从安排；

试验中出现恶劣天气，如大风、暴雨时应立即停止工作并用防雨布遮盖设备；

试验人员必须职责明确，集中精力，服从指挥，若有异常情况发生，应立即停止工作，断电、接地并向组长汇报，查清原因后由试验工作组开会研究后决定是否继续进行试验。

7 经验反馈

1）试验设备离GIS出线套管距离要大于12米，试验设备占地面积不小于400m2。断开主变、架空出线、电容式电压互感器、出线侧避雷器与GIS出线套管之间的连接线，保持设备断开点与加压点之间的空间距离大于5米。

2）加压前，所有有关的断路器、隔离开关和接地开关操作至正确状态，主变侧罐式避雷器连接导杆处在断开状态，组织业主、监理、安装、试验单位和厂家对设备状态进行检查确认并签字。

3）提前与制造厂沟通，收集PT相关参数，确定饱和点频率，在升压过程中严格控制谐振频率，避开PT的饱和点。

4）断路器每台都进行断口耐压试验，会形成有的断路器多次参与耐压试验，提前与用户和制造厂沟通征求相关意见，试验时尽可能按照设备布置和试验设备能力减少加压次数。

5）由于耐压试验时电压过高，SF6罐式避雷器必须在耐压试验完毕进行安装。

6）宁德核电站SF6罐式避雷器设置在主变侧，不能单独拆分试验，加压点在远离被试避雷器的开关站出线侧，试验参考电压无法直接读取，只能用GPS同步远距离传输信号的无线方式进行测量。

7）试验过程中为确保安全，为各区域设置专门责任人进行隔离监护，并配置对讲机，与组长直接联系，确保无关人员无法入内。

8 结束语

宁德核电站一期1、2号机GEW开关站/超高压配电装置系统是国内目前设备最多长度最长的高压封闭母线，它为后续的试验积累了宝贵经验，有助于提高交接试验的效率，降低试验过程中的安全和质量风险。由于母线较高的安全性、稳定性，随着我国电力事业的发展，将会得到越来越多的应用，相关交接试验工作会越来越多。此次试验也为后续项目的试验提供了宝贵经验。

图1：耐压设备布置 图2：试验升压

附表1：试验主要设备

参考文献：

GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》

GB311.2-2002《高压输变电设备的绝缘配合》

GB7674-2008《72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备

DL/T555-2004《气体绝缘金属封闭电器现场耐压试验导则》

GB11032-2010《交流无间隙金属氧化锌避雷器》

JJG1021－2007《电力互感器》

DL408-91电力安全工作规程

500kV GIS设备运行维护手册

500kV GIL设备运行维护手册