變電站電氣設(shè)備現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)探討

福建省送變電工程有限公司 方 健 丁 蘇 陳章山 王 璐

0 引言

變電站六氟化硫封閉式組合電氣、電流互感器、電力電纜等在交接試驗(yàn)中均應(yīng)進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。通常變電站電氣設(shè)備耐壓試驗(yàn)都是在產(chǎn)品出廠前進(jìn)行，工廠用的工頻耐壓設(shè)備基本裝置固定、體積龐大笨重。為適應(yīng)變電站設(shè)備分散性大、試驗(yàn)設(shè)備需要方便移動(dòng)的特點(diǎn)，串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)得到廣泛使用。交流諧振試驗(yàn)是利用試驗(yàn)系統(tǒng)中電抗器的電感與試驗(yàn)樣品中的電容發(fā)生串并聯(lián)諧振，從而在試驗(yàn)樣品兩端獲取高試驗(yàn)電壓和大試驗(yàn)電流的試驗(yàn)裝置。該試驗(yàn)裝置能夠有效降低勵(lì)磁變壓器的容量，改善試驗(yàn)電壓波形，對被試驗(yàn)樣品的絕緣擊穿和閃絡(luò)有天然的保護(hù)作用，在國內(nèi)外已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。諧振耐壓因試驗(yàn)電壓高存在諸多危險(xiǎn)因素，本人通過近年來的工程實(shí)踐和認(rèn)真總結(jié)，試驗(yàn)程序逐步規(guī)范并形成一套行之有效的能夠確保試驗(yàn)安全進(jìn)行的試驗(yàn)工作方法。

1 試驗(yàn)特點(diǎn)

（1）傳統(tǒng)工頻條件下交流耐壓試驗(yàn)需要設(shè)備多且繁重，不方便使用和運(yùn)輸；串聯(lián)諧振耐壓需要設(shè)備少且輕便，便于在變電站內(nèi)移動(dòng)，從經(jīng)濟(jì)上講投入少，便于推廣。

（2）傳統(tǒng)工頻耐壓需要大容量的電流，需要專門配備工作電源；諧振耐壓試驗(yàn)系統(tǒng)的電流為純阻性，試驗(yàn)電源無須向串聯(lián)諧振試驗(yàn)系統(tǒng)額外提供無功功率，電源利用率高，變電站一般性檢修電源就能滿足要求。

（3）試品兩端的電壓為輸入電壓的Q倍。由于一般試驗(yàn)回路的Q值遠(yuǎn)大于1，因此串聯(lián)諧振電路具有明顯的電壓放大作用。

2 試驗(yàn)原理

LRC串聯(lián)電路如圖1所示，若交流電源US的電壓為U，角頻率為ω，各元件的阻抗分別為：

圖1 串聯(lián)諧振電路

則串聯(lián)電路的總阻抗為：

串聯(lián)電路的電流為：

式中電流有效值為：

電流與電壓間的位相差為：

它們都是頻率的函數(shù)，隨頻率的變化關(guān)系如圖2所示。

圖2

在發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，存在下列關(guān)系：

因此，諧振角頻率 和諧振頻率 可分別由下式求得：

工程上常用特性阻抗與電阻的比值來表征諧振電路的性能，并稱此比值為串聯(lián)電路的品質(zhì)因數(shù)，用Q表示，即：

當(dāng)發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，被試品電壓可描述為：

由式(5)-(7)可知，對串聯(lián)諧振試驗(yàn)系統(tǒng)來說，在諧振時(shí)：(1)試驗(yàn)電流達(dá)到最大值，呈純阻性，由試驗(yàn)電壓和回路電阻唯一確定；

(2)試驗(yàn)電源的輸出功率為外部回路所消耗的純有功功率；

(3)試品兩端的電壓為輸入電壓的Q倍。由于一般試驗(yàn)回路的Q值遠(yuǎn)大于1，因此串聯(lián)諧振電路具有明顯的電壓放大作用；

(4)試品所消耗的視在功率為輸入功率的Q倍。也就是說，當(dāng)試品所需的試驗(yàn)功率一定時(shí)，試驗(yàn)電源的容量僅為試品所消耗功率的1/Q。

3 試驗(yàn)流程及操作要點(diǎn)

3.1 試驗(yàn)前期準(zhǔn)備階段

試驗(yàn)工藝流程包括：制訂試驗(yàn)方案→設(shè)備選取及運(yùn)輸→試驗(yàn)前準(zhǔn)備→試驗(yàn)接線。

制訂試驗(yàn)方案要點(diǎn)：串聯(lián)諧振試驗(yàn)是一項(xiàng)復(fù)雜的試驗(yàn)，在試驗(yàn)之前要制定好嚴(yán)格的試驗(yàn)方案。制訂方案要注意以下幾點(diǎn)：第一，組織人員，明確不同人員的職責(zé)，現(xiàn)場試驗(yàn)負(fù)責(zé)人、實(shí)際操作負(fù)責(zé)人、操作監(jiān)護(hù)人及現(xiàn)場安全負(fù)責(zé)人等要各負(fù)其責(zé)；第二，事先通知好設(shè)備廠家、現(xiàn)場安裝人員、監(jiān)理及業(yè)主代表等人員在試驗(yàn)當(dāng)天趕到現(xiàn)場監(jiān)督和確認(rèn)試驗(yàn)過程及結(jié)果；第三，測試被試品電容量，計(jì)算出試驗(yàn)裝置主機(jī)、勵(lì)磁變及電抗器所需要滿足的容量，根據(jù)不同試驗(yàn)對象要求選取設(shè)備；第四，根據(jù)設(shè)備多少選定運(yùn)輸所需貨車及現(xiàn)場吊裝所需吊車；最后，根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程和產(chǎn)品出廠報(bào)告要求制定詳細(xì)試驗(yàn)方案并在試驗(yàn)中安步驟執(zhí)行。

圖3 作業(yè)流程圖

3.2 試驗(yàn)現(xiàn)場準(zhǔn)備階段工作要點(diǎn)

（1）常規(guī)試驗(yàn)應(yīng)先完成并確認(rèn)合格。進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)前，必須預(yù)先進(jìn)行各項(xiàng)非破壞性試驗(yàn)，如測量絕緣電阻、CT角比差、介質(zhì)損耗因數(shù)t g￠及SF6氣體微水含量等，對各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，以決定該設(shè)備是否受潮或含有缺陷。

（2）要根據(jù)現(xiàn)場情況對試驗(yàn)電氣設(shè)備進(jìn)行安全因素分析與評估。要清楚相關(guān)帶電設(shè)備的出廠耐壓數(shù)據(jù)。對于擴(kuò)建變電站試驗(yàn)，試驗(yàn)過程經(jīng)常是在周圍電力設(shè)備運(yùn)行中進(jìn)行，這時(shí)要考慮試驗(yàn)電壓和周圍設(shè)備運(yùn)行電壓的疊加問題，安全距離的考慮因素要大于正常要求的安全距離。

（3）對人員安全進(jìn)行安全因素分析與評估。電站的施工作業(yè)經(jīng)常處于交叉狀態(tài)，經(jīng)常是安裝、土建及調(diào)試等同時(shí)進(jìn)行。由于現(xiàn)場人員的復(fù)雜，在試驗(yàn)設(shè)備和高壓引線周圍，均應(yīng)裝設(shè)安全網(wǎng)并派專人看守，以防外人不慎入內(nèi)。試驗(yàn)前應(yīng)預(yù)先評估試驗(yàn)過程中可能產(chǎn)生的感應(yīng)電的影響，因試驗(yàn)電壓很高，很可能周圍線路或設(shè)備會(huì)產(chǎn)生一定的感應(yīng)電壓，而線路的另一端很可能有人在做安裝或調(diào)試；應(yīng)禁止周圍一切工作人員工作或相關(guān)有人工作的線路正確可靠接地。

（4）開始試驗(yàn)前要派專人會(huì)同業(yè)主、廠家人員對CT、PT二次側(cè)進(jìn)行檢查。CT二次必須短路接地，PT二次必須開路，且一點(diǎn)接地，高壓尾必須接地。

3.3 試驗(yàn)階段作業(yè)流程及工作要點(diǎn)

試驗(yàn)階段作業(yè)流程如圖3所示。

試驗(yàn)階段工作要點(diǎn)如下：

（1）試驗(yàn)接線。串聯(lián)諧振耐壓設(shè)備其原理接線如圖4所示。

圖4 調(diào)頻串聯(lián)諧振原理示意圖

圖5 串聯(lián)諧振型試驗(yàn)裝置的原理電路

（2）加壓方式一般只做主回路耐壓，即規(guī)定的試驗(yàn)電壓應(yīng)施加到每相主回路和外殼之間，每次一相，此時(shí)其它相的主回路應(yīng)和接地外殼相連。如懷疑GIS的斷路器或隔離開關(guān)的斷口在運(yùn)輸、安裝過程中受到損壞，或經(jīng)解體，應(yīng)做該斷口耐壓試驗(yàn)，則試驗(yàn)電壓應(yīng)接到相應(yīng)斷口上，斷口的一側(cè)與試驗(yàn)電源相連，另一側(cè)與其它相導(dǎo)體和接地的外殼相連。

（3）試驗(yàn)程序按兩部進(jìn)行：第一階段：即“老練凈化”，目的是清除GIS內(nèi)部可能存在的導(dǎo)電微粒、微量雜質(zhì)和導(dǎo)體表面毛刺。先施加1.0倍額定相對地電壓126.0kV 5分鐘，在1.1倍額定相對地電壓139.7kV 10分鐘，然后 升至1.73倍額定相對地電壓220kV 3分鐘，然后退回零位。這一階段可能多次出現(xiàn)“老練”試驗(yàn)性閃絡(luò)，是允許的。第二階段：在“老練凈化”結(jié)束后，220kV GIS部分試驗(yàn)電壓升至現(xiàn)場交接試驗(yàn)電壓368kV 停留1分鐘，然后退回零位。

（4）將耐壓試驗(yàn)設(shè)備安裝好并進(jìn)行調(diào)試，確認(rèn)試驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)良好，會(huì)同委托單位、監(jiān)理和廠家對試驗(yàn)準(zhǔn)備工作進(jìn)行檢查確認(rèn)，將試驗(yàn)用無暈導(dǎo)線接到加壓套管A相，其余兩相可靠接地。

（5）用兆歐表（2500V）測量絕緣電阻并做好記錄，數(shù)據(jù)無異常方可進(jìn)行耐壓試驗(yàn)；將試驗(yàn)回路調(diào)至諧振狀態(tài)，在此過程中高壓輸出電壓不得高于100kV；將試驗(yàn)電壓逐漸升高至耐壓試驗(yàn)電壓，保持15min；將試驗(yàn)電壓升高至耐壓試驗(yàn)電壓，保持1min，并快速降壓至零，斷開試驗(yàn)電源，高壓端掛接地線。

（6）試驗(yàn)過程中如果發(fā)生閃絡(luò)、擊穿或異常情況，應(yīng)暫停試驗(yàn)。試驗(yàn)方應(yīng)檢查試驗(yàn)設(shè)備是否損壞，如有損壞須立即檢修。如屬GIS內(nèi)部放電，廠家應(yīng)確定放電位置，根據(jù)情況進(jìn)行檢修。待雙方都準(zhǔn)備好時(shí)才恢復(fù)試驗(yàn)，根據(jù)放電發(fā)生時(shí)刻，試驗(yàn)方與業(yè)主、廠家共同協(xié)商重新試驗(yàn)的加壓程序。

（7）耐壓完成后對GIS充分放電后再測量絕緣電阻并記錄，依次試驗(yàn)其余兩相。

（8）試驗(yàn)結(jié)束，拆除接線、吊裝耐壓試驗(yàn)設(shè)備并將GIS的一、二次接線恢復(fù)至試驗(yàn)前狀態(tài)。

4 結(jié)論

由于諧振耐壓試驗(yàn)工作環(huán)境多樣性，就要求試驗(yàn)人員能夠不斷提高試驗(yàn)技術(shù)水平，加強(qiáng)總結(jié)，嚴(yán)格遵守各種規(guī)章規(guī)程，克服各種主觀、客觀因素帶來的影響，一定能夠確保人身、儀器及電氣設(shè)備的安全。公司電力試驗(yàn)所自開展串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)以來先后多次發(fā)現(xiàn)設(shè)備在生產(chǎn)及現(xiàn)場安裝中存在的安全隱患。結(jié)論證明，開展交流串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)?zāi)軌虍a(chǎn)生巨大的安全效益和質(zhì)量效益。

[1]韓雨江.調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].吉林電力技術(shù),1998(5):24-30.

[2]陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法及診斷技術(shù)[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,2001．

[3]周理,周芝峰.交流耐壓試驗(yàn)應(yīng)用及探討[J].煤礦機(jī)械,2009(9).

[4]王貽平.GIS 現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)技術(shù)[J].華東電力,1998(4).