淺談GIS現場交流耐壓試驗

李亞輝 路繼偉 王亞鴿

摘 ?要：文章簡要介紹了GIS設備現場交流耐壓試驗的目的、方法和原理，總結了對試驗現象和結果的判斷分析標準，并結合工程實際介紹了GIS設備現場交流耐壓試驗的過程。

關鍵詞：GIS;老練試驗;耐壓試驗;串聯諧振;變頻串聯諧振;放電

中圖分類號：TM855 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）06-0083-02

GIS是Gas Insulated metal-enclosed Switchgear的縮寫，意思是氣體絕緣金屬封閉開關。它是把斷路器（GCB）、隔離開關（DS）、接地開關（ES或HES）、互感器（VT及CT）、避雷器（LA）和母線等各種控制和保護電器，全部封裝在接地的金屬殼體內，殼內充以一定壓力的SF6氣體作為相間及對地的絕緣介質，國內稱之為封閉式組合電器。

GIS現場全部安裝完畢后進行的交流耐壓試驗是檢驗GIS設備絕緣性能的重要試驗之一，通過試驗能有效發現零部件的缺陷、安裝工藝不良、運輸中的損壞等造成的絕緣缺陷及是否存在異物等，以便及時處理和消除隱患，防止GIS設備投運后發生電氣事故，保證設備的長期安全運行。

1 ?試驗要求及原理

1.1 ?試驗電壓

根據GB7674及DL/T555標準規定，GIS出廠試驗時施加電壓的80%為設備現場交流耐壓試驗值。

1.2 ?試驗方案

GIS現場交流耐壓試驗的試驗方案一般由試驗單位和GIS制造廠及用戶共同商定，試驗通常分為“老練試驗”和“耐壓試驗”兩個階段。老練試驗是指對設備逐步施加交流電壓，可以階梯式地或連續地加壓。其目的是遷移設備中可能存在的活動微粒、雜質到低電場區域，以降低對設備的危害;另外，通過放電燒掉細小的微粒或電極上的毛刺，附著的塵埃等。

根據DL/T 555-2004《氣體絕緣金屬封閉開關設備現場耐壓及絕緣試驗導則》老練試驗應在現場耐壓試驗前進行，若最后施加的電壓達到規定的現場耐壓試驗值且耐壓1 min，則老練試驗可代替耐壓試驗。

結合工程實際情況，通常選用標準中的方案3完成現場交流耐壓試驗，即：

施加電壓Um/■→5 min→Um 3 min→Uf 1 min。

2 ?試驗原理

對于容量大、損耗小的試品，如電纜、電容器以及氣體絕緣開關裝置等的絕緣試驗，如采用工頻電壓進行試驗，要求的電源容量很大，一般難以實現。為了適應大容量試品的耐壓試驗需要，可采用高壓串聯諧振試驗設備。

串聯諧振試驗設備是利用L-C串聯諧振的原理，其原理電路如圖1所示。

如果回路參數滿足ωL=■諧振條件，則變壓器二次側接入的電抗器和被試品電容C一起對電源頻率ω發生諧振。若變壓器二次側電壓為U，諧振時流過被試品的電流I=U/R，則：

Uc=UL=■I=■U=QU

式中：Q為回路諧振的品質因數;UL或Uc均為電源電壓U的Q倍。通常Q>>1，所以UL或Uc可以比U大得多。故此有稱串聯諧振為電壓諧振。

為了滿足不同設備的需要，也可調節電源頻率來滿足諧振條件，如圖2所示，現場耐壓試驗用到的變頻串聯諧振裝置回路圖，其工作原理：交流工頻電源經變頻電源可輸出20～300 Hz可調的交流電壓，勵磁變壓器升壓，諧振電抗器L和被試品Cx構成高壓諧振電路來產生交流高壓。電容分壓器是純電容式的，用來測量試驗電壓。先由變頻電源經勵磁變壓器向主諧振電路送入一個較低的電壓，調節變頻電源的輸出頻率，當頻率滿足諧振條件時，電路即達到諧振狀態。此時能在較小的勵磁電壓U下，使被試品上產生N倍于U的電壓，在此頻率下輸出的電壓波形為純正弦波，而其他頻率分量的輸出電壓都很低。

其中：

FC為20～300 Hz變頻電源;T為勵磁變壓器;C1為分壓器高壓臂;C2為分壓器低壓臂電容;V為電壓表;L為高壓電抗器。

3 ?試驗結果判定

按照已選定的試驗程序，GIS現場耐受規定的試驗電壓且1 min內無擊穿放電現象，認為GIS現場交流耐壓試驗通過。

試驗過程中如果GIS發生自恢復的放電的現象，我們認為耐壓試驗可以繼續進行。試驗電壓值從零值升到上次放電電壓值時，沒有再次發生放電現象，耐壓試驗應繼續進行，電壓值直至升到規定的試驗電壓值且無異常，我們也可認為GIS交流耐壓試驗通過。如果電壓升到上次放電電壓值時，GIS再次發生擊穿放電現象，則試驗失敗。

4 ?案例分析

下面以長沙某110 kV GIS設備為例，分析采用變頻串聯諧振方法進行現場交流耐壓試驗的過程。由于該站110 kV GIS設備額定電壓為126 kV三相共箱結構，本文僅以其中一相——A相為例說明。

第一步，從03間隔線路側A相加壓，將03間隔的B相和C相通過線路側電纜筒接地，按照圖2所示的回路圖將試驗設備連接好，將GIS所有間隔GCB、DS合閘，所有間隔ES、HES分閘。然后調節頻率達到諧振時（56.3 Hz）調節電壓達到U0（126/■= 72.7 kV）（或低于U0）持續5 min，因為此階段要測量并記錄VD和VT二次側輸出電壓并觀察LA電流計的泄漏電流，以確認VD，VT，LA是否正常，本站由于間隔數較多此階段耗時已超出5 min。確認完畢把電壓U0降為零。

第二步，為了使VT和LA（測保和線路側所有VT和LA）退出耐壓試驗，將GIS除03間隔外的所有線路側DS分閘、H-ES合閘，所有測保間隔DS分閘，ES合閘，其余不變。再調節頻率達到諧振時（69.6 Hz）調節電壓達到Um（126 kV）持續3 min，無異常后在此頻率下繼續升壓至184 kV（出廠試驗電壓230 kV的80%），持續1 min，無異常則現場交流耐壓通過。

第三步，將試驗電壓降為零，用接地桿釋放掉試驗設備上的殘余電荷后，試驗結束。

5 ?結 ?語

GIS設備現場交流耐壓試驗的方法根據不同用戶的要求可能略有差異，但其試驗原理基本一致。通過結合實際情況分析，GIS設備現場交流耐壓試驗利用變頻串聯諧振裝置是目前被廣泛采用的方法。

參考文獻：

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