變頻諧振交流耐壓試驗在GIS故障檢測中應用

石 峰，張大霖，韓 濤

(撫順供電公司，遼寧 撫順 113008)

隨著現代電力工業的發展，新完工的變電所多為GIS變電所，GIS變電所具有獨特的優越性能，但如果發生故障比開放式變電所損失更嚴重。在GIS變電所交接試驗時必須做交流耐壓試驗，以便發現GIS系統故障點。在現場做交流耐壓試驗時，由于GIS系統的電容量大，現有工頻交流耐壓設備不能滿足現場試驗需求，采用變頻串聯諧振試驗方法是必然趨勢。變頻串聯諧振耐壓試驗是利用電抗器的電感與被試品電容實現串聯諧振，在被試品上獲得高電壓、大電流，是目前高電壓試驗的一種新方法，在國內外已經得到廣泛應用。

1 GIS系統結構

GIS將變電站中除變壓器以外的所有一次設備優化設計成一個有機整體，一般為積木式結構，全稱為gas insulated substation，由斷路器 (CB)、隔離開關 (DS)、接地開關 (ES)、電壓互感器(TV)、電流互感器 (TA)、避雷器 (LA)、母線(BUS)和套管 (BSG)組成。封閉在一個接地的金屬外殼內。殼內充以0.3～0.4 Pa的SF6氣體，確保對地、相間及斷口可靠絕緣。GIS設備如圖1所示。

GIS具有以下優點。

a. 結構小型化

采用性能卓越的氣體作絕緣和滅弧介質，大幅度縮小變電站容積，實現變電站的小型化。

b. 可靠性高

帶電部分全部密封于惰性氣體SF6中，與鹽霧、積塵、積雪等外部影響隔離，提高了運行可靠性，并具有優良的抗地震能力。

圖1 66 kV GIS變電所1個間隔

c. 安全性好

帶電部分密封于接地金屬殼內，無觸電危險。對電磁和靜電實現屏蔽，不會產生噪音和無線電干擾等問題。SF6氣體為惰性氣體，無火災危險。

d. 安裝周期短

由于結構小型化，可以在制造廠實現整機裝配，試驗合格后以單元或整個間隔運達現場，縮短現場安裝工期。

e. 檢修周期長，維護方便

因結構布置合理，滅弧系統先進，延長了檢修周期，提高了產品的使用壽命。由于其結構小型化，安裝位置距地面近，維護更方便。

2 變頻串聯諧振耐壓試驗方法的特點

變頻串聯諧振耐壓試驗與工頻耐壓試驗比具有以下優點:變頻串聯諧振是諧振式電流濾波電路，能改善電源波形畸變，獲得較好的正弦電壓波形，有效防止諧波峰值對被試品的誤擊穿;變頻串聯諧振工作在諧振狀態，當被試品的絕緣點被擊穿時，電流立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗電流的10%;發生閃絡擊穿時因失去諧振條件，短路電流瞬間下降，高電壓瞬間消失，電弧即可熄滅;恢復電壓的再建立過程很長，容易在再次達到閃絡電壓斷開電源，適用于高電壓、大容量電力設備絕緣耐壓試驗 (如GIS變電所、高壓交聯電力電纜、發電機、大型變壓器、隔離開關、互感器等)。

3 變頻諧振交流耐壓試驗在GIS系統中應用

GIS整體組裝完成后進行調整試驗，試驗合格后以單元或整個間隔運達現場安裝。運輸過程中由于機械振動、撞擊等可能導致GIS原件或組裝件內緊固件松動或相對位移。安裝過程中如連結、密封等工藝存在欠缺，導致電極表面刮傷或安裝錯位引起電極表面缺陷，空氣中懸浮的塵埃、導電微粒雜質和毛刺等在安裝現場難以徹底清理，而且不易檢查出來會引發絕緣事故。GIS故障原因如圖2所示，GIS設備運行后各元件故障情況如圖3所示。

事故統計表明，經過現場變頻諧振交流耐壓可以有效排除安裝過程中可能發生的故障，并確定運行后故障點。雖然不能保證經過現場耐壓試驗的GIS不會在運行中發生絕緣事故，但進行現場交流耐壓試驗的GIS降低了事故的發生，因此GIS必須進行現場耐壓試驗。變頻諧振交流耐壓試驗是GIS現場耐壓試驗有效方法，能及時有效檢查異常電場結構和每個間隔單元設備故障。

3.1 試驗要求

a. GIS應完全安裝好，SF6氣體充氣到額定密度，完成主回路電阻測量、各元件試驗及SF6氣體微水含量和檢漏試驗。所有電流互感器二次繞組接地，電壓互感器二次繞組開路并接地。

b. 交流耐壓試驗前下列設備應與GIS隔離:高壓電纜和母線、電力變壓器和電磁式電壓互感器;避雷器和保護火花間隙。

c. GIS每一新安裝部位都應進行耐壓試驗，對擴建部分進行耐壓試驗時，相鄰設備原有部分應斷電并接地，否則，會給原有設備帶來不良影響。

d. 模擬試驗證明，天氣狀況對品質因數 (Q值)的影響很大，陰天或濕度較大天氣Q值會減少30%～40%，因此試驗最好選擇在晴天或干燥天氣進行。

3.2 加壓方法

變頻串聯諧振試驗接線如圖4所示。

圖4 變頻串聯諧振試驗接線

試驗電壓施加到每相導體和外殼之間，分相進行試驗，其它非試相與外殼連接并接地，從每相進出線套管加壓，使GIS每個部件至少施加1次試驗電壓。為避免在同一部位多次承受電壓導致絕緣老化，試驗電壓盡可能在幾個部位施加。現場一般僅作相對地交流耐壓試驗，如果斷路器隔離開關在運輸、安裝過程中受到損壞或經過解體，應作端口交流耐壓試驗，耐壓值與相對地交流耐壓值一致。若GIS整體電容量較大，耐壓試驗可分段進行。

4 變頻諧振交流耐壓試驗過程

GIS現場交流耐壓試驗第一階段為“老練凈化”(老練試驗)。其目的是清除GIS內部可能存在的導電微粒或非導電微粒。這些微粒可能是安裝時清理不徹底、多次操作后產生金屬碎屑、緊固件切削碎屑、電極表面毛刺。老練凈化可使導電微粒移動到低電場區或微粒陷阱中，燒蝕電極表面毛刺，使其不危害絕緣。老練凈化電壓值應低于耐壓值，時間可取數min。老練凈化不能代替交流耐壓試驗。第二階段為交流耐壓試驗，在老練凈化過程結束后進行交流耐壓試驗，時間為1 min。老練凈化試驗的4種電壓與時間關系如圖5所示。

圖5 老練試驗凈化的4種電壓與時間關系

根據GB7674—1987對現場試驗程序的規定，工頻交流耐壓試驗現場宜采用圖5中的電壓與時間關系曲線3。加壓順序:第1階段系統最高相電壓加壓5 min，第2階段系統最高線電壓加壓3 min，第3階段現場交流耐壓1 min。

5 耐壓試驗結果

如果GIS每個部件均按選定的完整試驗程序承受規定的試驗電壓而無擊穿放電，則整個GIS通過試驗。

試驗過程如果發生擊穿放電，應根據放電能量和放電引起的各種聲、光、電、化學等放電效應及耐壓試驗過程中其它故障診斷技術提供的試驗結果進行綜合判斷。遇有放電情況，可采取以下步驟。

a. 施加規定電壓重復試驗，如果設備或氣隔未擊穿或未閃絡，則該放電為自恢復放電。如果重復試驗電壓達到定值和規定時間，則認為試品合格，否則按下項進行。

b. 設備解體，打開放電氣隔，仔細檢查絕緣情況。在采取必要的恢復措施后，方可進行下一次規定耐壓試驗。

6 結論

a. 若GIS分段后進行耐壓試驗的進出線間隔較多，而試驗過程中發生非自恢復放電或擊穿，僅靠人耳的監聽難以判斷故障發生位置，容易造成誤判斷，對設備造成不必要的損害。若采用以放電產生沖擊波而引起外殼振動波原理研制的故障定位器，可以確定放電間隔。每次耐壓試驗前，將傳感器分別安裝在被試部分 (特別是斷路器、隔離開關、母線與各間隔的連接部位絕緣子的連接外殼上)。如因傳感器數量有限，放電或擊穿發生未預報，應根據監聽放電情況，降壓斷電后移動傳感器重新升壓，直到找到放電或擊穿部位。

b. 由于盆式絕緣子故障率高，要求廠家對盆式絕緣子進行長時耐壓，在額定電壓下試驗1 000 h以上，每個盆式絕緣子都進行局部放電試驗。盆式絕緣子設計時應盡量垂直安裝，平放時應凸面朝上，避免GIS元件里的金屬微粒、粉末聚集在盆式絕緣子底部。

[1]陳化鋼.電氣設備預防性試驗方法及診斷技術 [M].北京:中國水利電力出版社，2009.

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