GIS設(shè)備同頻同相交流耐壓試驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用探討

吳偉

摘 要：探索應(yīng)用基于同頻同相原理的GIS設(shè)備交流耐壓試驗(yàn)新方法，在雙母線接線GIS設(shè)備擴(kuò)建或檢修后進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時，施加在母線隔離開關(guān)斷口上的試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓頻率相位均相同，斷口上承受的電壓幅值為兩側(cè)電壓絕對值之差，遠(yuǎn)低于隔離開關(guān)斷口的絕緣水平。

關(guān)鍵詞：同頻同相；交流耐壓；危險點(diǎn)預(yù)控

GIS設(shè)備因在節(jié)約用地、簡化運(yùn)維等方面有顯著的優(yōu)越性，在城市電網(wǎng)建設(shè)中大量應(yīng)用。隨著供電負(fù)荷不斷提升及電網(wǎng)的優(yōu)化需求，GIS設(shè)備改擴(kuò)建工程逐年增多；早期投運(yùn)的GIS設(shè)備運(yùn)行年限的增長，大量GIS設(shè)備進(jìn)入維修周期。在大量GIS設(shè)備擴(kuò)建、大修工作中，為配合GIS設(shè)備耐壓試驗(yàn)，按照傳統(tǒng)的耐壓試驗(yàn)方法，我們須將GIS母線全停，需克服轉(zhuǎn)供電難的困難，承受高電網(wǎng)風(fēng)險。為此，推廣應(yīng)用不需GIS母線全停的同頻同相交流耐壓試驗(yàn)技術(shù)顯得尤為必要。

1 同頻同相交流耐壓試驗(yàn)原理

同頻同相交流耐壓試驗(yàn)裝置是在傳統(tǒng)的調(diào)感串聯(lián)諧振裝置的基礎(chǔ)上，基于同頻同相原理的新型耐壓裝置。由PT獲取運(yùn)行母線的電壓信號作為試驗(yàn)參考信號，通過鎖相環(huán)、線性推挽放大等技術(shù)，使得裝置最終輸出與運(yùn)行母線電壓的頻率和相位相同的試驗(yàn)電壓，接線原理如圖1所示。

鎖相環(huán)的輸入信號經(jīng)過阻抗匹配、信號濾波、放大后，提取相位參考信號，同時送入相位比較器，經(jīng)過不斷的調(diào)整，使得取樣信號的頻率與PT二次信號一致，兩者之間的相位差處于很小的范圍以內(nèi)，使整個系統(tǒng)進(jìn)入了同頻同相的鎖定狀態(tài)。保護(hù)監(jiān)控實(shí)時監(jiān)控施加在GIS斷口上的試驗(yàn)電壓，發(fā)現(xiàn)超過用戶設(shè)定的保護(hù)整定值或相位差異常，則發(fā)出故障信號，并立即關(guān)斷變頻電源的輸出，停止給試品加壓。

2 GIS設(shè)備母線隔離開關(guān)斷口電壓分析

根據(jù)規(guī)程規(guī)定，采用現(xiàn)有的GIS設(shè)備現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)方法，試驗(yàn)過程中同一電壓等級的GIS設(shè)備必須全部停電，這是因?yàn)樵贕IS設(shè)備擴(kuò)建或檢修間隔后，特別是對于雙母線接線的GIS變電站，無論是采用串聯(lián)諧振或者利用電抗器并聯(lián)補(bǔ)償?shù)确椒ㄟM(jìn)行現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)，由于試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓是兩個不同的系統(tǒng)，他們的頻率和相位不一定相同，而新建或檢修部分與原有運(yùn)行部分之間僅通過母線隔離開關(guān)斷開，斷口電壓與試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓均有關(guān)系，其值取決于試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓的頻率及相位，隨時間變化，具有不確定性，因而帶電試驗(yàn)可能造成隔離斷口突發(fā)擊穿的情況。

如果要不停電地進(jìn)行GIS設(shè)備現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)，首先必須清楚地分析隔離斷口上電壓的變化情況。這里以GIS設(shè)備新建間隔后帶電進(jìn)行耐壓的情況進(jìn)行分析，此時假設(shè)I母線和II母線均帶電運(yùn)行，同電壓等級的GIS設(shè)備不停電，試驗(yàn)時直接通過套管對新建的間隔進(jìn)行加壓，如圖2所示，接地刀閘D1～D3都斷開，隔離開關(guān)DS1閉合，DS2和DS3斷開，斷路器CB1閉合。在試驗(yàn)過程中，隔離開關(guān)DS2和DS3斷口兩端承受的電壓為運(yùn)行母線相電壓和耐壓試驗(yàn)電壓差（向量差）。

2.1 試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓頻率相位均不同

如果試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓頻率相位不同，則隔離開關(guān)斷口電壓：

此時隔開開關(guān)斷口上電壓與試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓一起變化，且當(dāng)隔離開關(guān)斷口上電壓為試驗(yàn)電壓與運(yùn)行電壓幅值之差，如圖3-（b）所示（其中U1為耐壓試驗(yàn)電壓，U2為母線運(yùn)行電壓），其上所承受的電壓最低，斷口處將不會出現(xiàn)擊穿的情況。

通過上面的分析我們可以發(fā)現(xiàn)，在對GIS設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場不停電交流耐壓試驗(yàn)時，只要試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓頻率相位不一致，在試驗(yàn)過程中必然出現(xiàn)試驗(yàn)電壓疊加反向運(yùn)行電壓，使隔離斷口出現(xiàn)電壓最大的情況，因此傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法不能滿足運(yùn)行部分帶電進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)的條件；只有當(dāng)試驗(yàn)電壓與運(yùn)行電壓頻率相位一致時，隔離開關(guān)斷口處所承受的電壓為試驗(yàn)電壓和運(yùn)行母線電壓之差（最小值），肯定不會出現(xiàn)斷口擊穿的情況，對原有的GIS運(yùn)行部分和新建部分均不會產(chǎn)生影響，就可以解決必須全部停電才能進(jìn)行試驗(yàn)的難題。

3 GIS設(shè)備同頻同相交流耐壓試驗(yàn)過程危險點(diǎn)分析及預(yù)控措施

GIS設(shè)備母線不停電交流耐壓試驗(yàn)前須做好危險點(diǎn)的分析，并制定相應(yīng)的預(yù)控措施，確保試驗(yàn)過程中人員、設(shè)備及電網(wǎng)的安全。

3.1 PT二次信號取樣有問題，例如所取信號相別不對、不是同名端或者短路等。預(yù)控措施：（1）每次試驗(yàn)前都應(yīng)該先測量PT二次信號模擬單元兩側(cè)直阻值以及信號線絕緣電阻等，以保證其正常可靠；（2）PT二次取樣信號線的高壓端和地端有明顯標(biāo)記；（3）PT二次取信號應(yīng)該由供電局現(xiàn)場的專職人員來保證，并需經(jīng)過雙方共同確認(rèn)。試驗(yàn)中還應(yīng)設(shè)專人看護(hù)，防止誤碰等情況發(fā)生；（4）試驗(yàn)系統(tǒng)中還設(shè)有母線PT取樣信號缺失保護(hù)、母線PT取樣信號劇烈波動保護(hù)和母線PT取樣信號頻率異常保護(hù)，一旦發(fā)現(xiàn)所取PT二次信號有上述異常，會立刻報警并啟動相關(guān)保護(hù)。

3.2 耐壓試驗(yàn)過程中，運(yùn)行母線側(cè)刀閘氣室絕緣擊穿可能導(dǎo)致運(yùn)行母線發(fā)生接地故障，此時如果母差保護(hù)或運(yùn)行線路間隔開關(guān)拒動，將造成上級電源越級跳閘，擴(kuò)大事故范圍。預(yù)控措施：耐壓試驗(yàn)停電檢修方式單中，注明運(yùn)行線路對側(cè)距離II段保護(hù)的動作時間縮短；耐壓試驗(yàn)前，由變電繼保人員檢查母差保護(hù)運(yùn)行正常。

3.3 母線隔離開關(guān)分閘不到位導(dǎo)致斷口絕緣距離不夠。預(yù)控措施：做好分閘到位標(biāo)識、操作完檢查確保分閘到位，必要時增加X射線成像，確保母線隔離開關(guān)分閘到位。

3.4 母線隔離開關(guān)斷口絕緣能力下降。預(yù)控措施：（1）試驗(yàn)前對GIS進(jìn)行氣體濕度測試、氣體分解物測試及局放檢測，確保其絕緣狀態(tài)正常；（2）加壓過程中對母線隔離開關(guān)進(jìn)行局放帶電測試，實(shí)時監(jiān)測其絕緣狀況，一旦發(fā)現(xiàn)異常立刻降低電壓、停止試驗(yàn)。

4 結(jié)束語

基于同頻同相原理的GIS設(shè)備交流耐壓試驗(yàn)新方法已在部分變電站進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用，該試驗(yàn)方法突破了國內(nèi)相關(guān)技術(shù)瓶頸，為避免GIS設(shè)備擴(kuò)建或檢修間隔后全站停電進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)提供了有效的技術(shù)手段，極大提高了供電可靠性。

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