110kV GIS變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗分析

吳 楠，陳 武，馮望榮

0 引言

隨著國內(nèi)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，110 kV及以上電壓等級的變電站日益普及。

GIS在工廠整體組裝完成后需進(jìn)行調(diào)試，試驗合格后是以單元的方式運往現(xiàn)場安裝。而運輸過程中的機(jī)械振動、撞擊導(dǎo)致某些器件松動及位移，安裝過程中出現(xiàn)連接、密封等工藝方面的失誤，在現(xiàn)場難以徹底解決且難以檢查空氣中塵埃、導(dǎo)電微粒和毛刺，都將引發(fā)絕緣事故。美國、加拿大等國對GIS現(xiàn)場事故統(tǒng)計表明：沒有經(jīng)過現(xiàn)場交流耐壓試驗的GIS大約2/3發(fā)生了事故，因此GIS必須進(jìn)行現(xiàn)場耐壓試驗，以便發(fā)現(xiàn)GIS系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。

由于GIS的電容量大（絕緣不能認(rèn)同為高壓開關(guān)），現(xiàn)有的工頻交流耐壓設(shè)備（指試驗變壓器）造價高、體積大、運輸困難，現(xiàn)場試驗不易實現(xiàn)，而釆用串聯(lián)諧振試驗方法安全、容易實現(xiàn)，是現(xiàn)場試驗的必然趨勢。

下文介紹釆用調(diào)頻式串聯(lián)諧振試驗裝置對廣珠線金塘110 kV變電所安裝的110 kV GIS設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場試驗的情況。

1 耐壓試驗的過程及結(jié)論判定

1.1 耐壓試驗

經(jīng)過分析并與設(shè)備生產(chǎn)廠家協(xié)商，針對 GIS組合電器的特殊性確定試驗分為2個階段。

（1）凈化試驗。勻速升壓（3～4 kV/s）到64 kV，保持5 min，同時檢查電壓互感器二次側(cè)電壓以及避雷器運行電流的正確性，無異常后降壓歸零，將電壓互感器和避雷器從主回路斷開。然后重新調(diào)頻并勻速升壓至92 kV，保持30 min。其目的是清除GIS內(nèi)部存在的導(dǎo)電微粒和毛刺（在電場力的作用下，導(dǎo)電微粒將向低場強(qiáng)區(qū)移動，同時燒蝕電極表面毛刺）。

（2）耐壓試驗。試驗人員應(yīng)在凈化試驗無異常后勻速升壓至現(xiàn)場交流耐壓試驗電壓標(biāo)準(zhǔn)值184 kV，并保持1 min，然后降壓。

耐壓試驗的加壓方法采用將試驗電壓施加到每相導(dǎo)體和外殼之間，另外兩相應(yīng)可靠地與 GIS外殼連接，試驗分相進(jìn)行。

試驗中應(yīng)使 GIS每個部件都至少施加一次標(biāo)準(zhǔn)試驗電壓，現(xiàn)場僅作相對地交流耐壓。斷路器和隔離開關(guān)斷口耐壓試驗應(yīng)合理安排，盡量減少加壓次數(shù)，降低對絕緣危害的累積效應(yīng)。若GIS整體電容量較大，現(xiàn)場條件許可時可分別選擇進(jìn)線側(cè)和出線側(cè)進(jìn)行加壓，將耐壓試驗分段進(jìn)行。

1.2 結(jié)論判定

（1）如果GIS每個部件均按試驗程序承受規(guī)定的試驗電壓而無擊穿放電，則該設(shè)備通過試驗。

（2）若在試驗過程中發(fā)生擊穿放電，則根據(jù)聲、光、電以及其他試驗結(jié)果（指除交流耐壓外其它試驗項目）進(jìn)行綜合判斷。具體判斷步驟：施加規(guī)定電壓進(jìn)行重復(fù)試驗，如果設(shè)備還能承受，則該放電是自恢復(fù)放電；電壓加到定值并保持到規(guī)定時間，則認(rèn)定該試品合格，否則應(yīng)將設(shè)備解體，打開放電氣隔，仔細(xì)檢查絕緣情況，采取必要恢復(fù)措施后，進(jìn)行下一次耐壓試驗。

2 耐壓試驗注意事項

2.1 耐壓試驗存在問題

2010年6月底，中鐵電氣化局集團(tuán)第二工程有限公司在廣珠線金塘牽引變電所進(jìn)行了 110 kV GIS耐壓試驗。

試驗中使用的210 kV變頻諧振交流耐壓試驗裝置對高壓開關(guān)、電纜進(jìn)行耐壓試驗時一切正常，而在進(jìn)行GIS試驗時，首次電壓只能升到120 kV，同時電抗器出現(xiàn)“吱吱”的放電聲，諧振變壓器也發(fā)出“嗡嗡”聲，電流明顯增大，試驗電壓卻不同步上升；為了查找造成該現(xiàn)象的原因，試驗人員還分別進(jìn)行了兩相并聯(lián)和四相并聯(lián)的極限輸出升壓驗證試驗（見表 1），表 1數(shù)據(jù)顯示，單相加壓試驗時諧振頻率最高，試驗設(shè)備的輸出能力最小，隨著所帶負(fù)荷相增加，頻率有所下降，變頻諧振交流耐壓試驗裝置的輸出能力反而增大，四相并聯(lián)時高壓輸出電壓已達(dá)141 kV。

表1 耐壓試驗極限升壓試驗一覽表

以上分析可以得出：現(xiàn)場環(huán)境如大氣濕度、設(shè)備表面的污穢程度等對高壓試驗有較大的影響；電源或試驗設(shè)備容量偏小；試驗設(shè)備的最終輸出能力和諧振頻率有關(guān)，諧振頻率太高不利于設(shè)備容量的發(fā)揮。

2.2 解決方法

經(jīng)過現(xiàn)場分析及與試驗裝置和 GIS設(shè)備生產(chǎn)廠家的商討，采取如下措施：

（1）公司試驗人員對GIS設(shè)備進(jìn)行全面清掃，并進(jìn)行干燥處理（當(dāng)時正趕上廣州悶熱、潮濕季節(jié)）；檢查所有試驗接線，高壓引線盡可能粗短，引線表面無毛刺并保證牢固；保證非升壓相可靠接地，避免接地不良懸浮電位放電；電流互感器二次側(cè)在GIS本體上的端子箱內(nèi)完成短接接地；高壓測量分壓器盡可能靠近被試品，以保證測量電壓為被試設(shè)備耐壓實際值。

（2）增加電抗器數(shù)量，增大變頻電源和勵磁變壓器容量、增強(qiáng)設(shè)備的絕緣性能。GIS耐壓試驗裝置的品質(zhì)因數(shù) Q值在陰天或空氣濕度較大的情況下，將會減少30%左右，這使得勵磁變壓器輸入電壓增大，電流增大，試驗設(shè)備制造廠家進(jìn)一步加大勵磁變壓器輸出電壓30%。

采取上述措施后，重新進(jìn)行單相耐壓試驗，系統(tǒng)諧振頻率基本在45～55 Hz之間，系統(tǒng)工作穩(wěn)定正常。

3 結(jié)束語

綜上所述，GIS耐壓試驗是一項大型試驗，由于試驗電壓高、危險點多、過程復(fù)雜，因此，要求試驗人員清楚了解串聯(lián)諧振的原理和方法，試驗流程，并能夠分析試驗結(jié)果。試驗中出現(xiàn)非正常現(xiàn)象時，需先排除試驗設(shè)備、接線等外部因素的影響。

試驗中，對GIS設(shè)備試驗結(jié)果要仔細(xì)分析，切勿貿(mào)然施加電壓，以免GIS設(shè)備多次承受試驗電壓而造成不利后果。同時，如果具備條件，應(yīng)盡量使試驗設(shè)備和被試設(shè)備的電氣參數(shù)匹配，讓系統(tǒng)的諧振頻率接近50 Hz，這樣有利于發(fā)揮耐壓設(shè)備的容量，同時也更符合GIS設(shè)備的工況。

另外，由于 Q值受天氣影響較大，應(yīng)對設(shè)備及時進(jìn)行清潔、干燥，盡量選擇干燥、晴朗天氣進(jìn)行試驗以消除不利因素。

[1]DL/T 555氣體絕緣金屬封閉電器現(xiàn)場耐壓試驗導(dǎo)則[S].