GIS電壓互感器誤差試驗研究

杜 軍，羅 浪，彭之彥，何 琦，馮 威

（國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司，湖北武漢 430000）

GIS電壓互感器誤差試驗研究

杜 軍，羅 浪，彭之彥，何 琦，馮 威

（國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司，湖北武漢 430000）

在現(xiàn)代化的電網(wǎng)建設(shè)中，GIS由于其優(yōu)良的特性已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。根據(jù)GIS變電站的特性以及GIS變電站電壓互感器誤差試驗中面對的問題，通過對GIS電壓互感器誤差試驗原理進(jìn)行深入的研究，為GIS電壓互感器誤差試驗提供了新的方案，并且該方案具備簡單高效的特點。通過此方案的實行，極大提升了電網(wǎng)工作效率，對現(xiàn)實難題進(jìn)行了解決方案的提出與實現(xiàn)。

GIS變電站；電壓互感器；誤差試驗

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.33

0 引言

對于GIS設(shè)備，GIS全稱為“GAS INSULATED SWITCHGEAR”其中文名稱表示為氣體絕緣全封閉組合電器，是電網(wǎng)系統(tǒng)中較為常見的一類特殊電氣設(shè)備組合，具體構(gòu)成部分主要有斷路器、互感器、母線以及各種不同功能的開關(guān)等等，這些設(shè)備有一個共同的特點就是大部分封閉在金屬接地的外殼中，其殼內(nèi)部還存在一定程度的壓力氣體，并且這些氣體都是絕緣的。GIS設(shè)備自開發(fā)以來，已經(jīng)在電網(wǎng)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，其在高壓地區(qū)具有極佳的適用性，并且為了維持其內(nèi)部具有相當(dāng)壓力的特性，它們大部分構(gòu)造相對緊密，占用空間較小，并且配置靈活方便的同時還具備較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)力，由于其外層的外殼使其具有較高的安全性，檢修維護(hù)方面具有相當(dāng)優(yōu)勢。互感器本身具有標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)參數(shù)可以使用升壓方式簡化互感器誤差實驗。但是位于GIS中的電壓互感器由于外殼北部架構(gòu)的不同導(dǎo)致其管道內(nèi)部電容量具有波動性，在不穩(wěn)定電容量的環(huán)境下GIS電壓互感器不能準(zhǔn)確進(jìn)行現(xiàn)場誤差試驗，這個問題是目前亟待解決的。

1 電壓互感器與GIS組合分類

（1）半封閉式HGIS。這種類型的組合電器一般會用電容式電壓互感器來構(gòu)建此類電壓互感器，同時電壓互感器作為一個單獨的單元發(fā)揮功能，不會參與到GIS的架構(gòu)當(dāng)中。

（2）全封閉式GIS。全封閉式可以顧名思義，其所有的設(shè)備單元全部都封閉在金屬接地的外殼中，并且其內(nèi)部填充了絕緣氣體，這種氣體通常是SF6氣體，因此GIS全封閉設(shè)備也稱為SF6全封閉設(shè)備，具體構(gòu)成部分主要有斷路器、互感器、母線以及各種不同功能的開關(guān)等。

（3）單元式GIS。這種組合方式通常是一種接線方式，其主要目的是將電源引進(jìn)變電站，把其中一個單元間隔的CIS設(shè)備組合在一起，具體構(gòu)成部分主要有斷路器、各種不同功能的開關(guān)和避雷器等。

2 GIS電壓互感器誤差試驗的技術(shù)難題

對于GIS來說，是目前電氣設(shè)備中運用最為廣泛的，由于其大部分封閉在金屬接地的外殼中，其殼內(nèi)部還存在一定程度的壓力氣體，并且這些氣體都是絕緣的，這就使得該設(shè)備能夠運用到大多數(shù)普通設(shè)備構(gòu)造所不能勝任的地方，如高壓的海底，以及海波較高的地區(qū)等等。而全封閉式GIS就意味著單位整個變電站的設(shè)備都是CIS組合，通常把它稱為GIS變電站比較通俗，該GIS變電站的特征是電壓互感器都是電磁式電壓互感器，而不是傳統(tǒng)的電容式電壓互感器，因此GIS管道內(nèi)還存在電容部分，如果使用傳統(tǒng)的方法對變壓器進(jìn)行直接升壓來進(jìn)行電磁式變壓器互感器的檢定，那么由于需要過大升壓變壓器容量，以至于檢定電磁式電壓互感器的原有升壓器已經(jīng)不能滿足其檢定需求，使得GIS電壓互感器誤差試驗不能完成。

按照普通電磁式電壓互感器的測試要求，只需要進(jìn)行10 kV·A升壓變壓器就能夠達(dá)到測試要求，但是對于GIS電壓互感器測試的要求來說，10 kV·A的升壓是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足的。并且根據(jù)主體與客體的關(guān)系來看待被試電壓互感器與升壓器的關(guān)系，其被試電壓互感器也不能被當(dāng)作升壓器來為自己提升電壓，并且也不能達(dá)到容量要求。因此傳統(tǒng)的電磁式電壓互感器鑒定方法已經(jīng)不能適用于GIS中，需要通過其他途徑來完成GIS電壓互感器誤差試驗。

3 封閉GIS電壓互感器誤差試驗解決方法

通過電容式電壓互感器測試的原理，在測試回路中串聯(lián)加入可調(diào)組合電抗器，使其與CIS管道內(nèi)存在的電容構(gòu)成新的電路，該電路的功能在于串聯(lián)諧振，其特性可以通過簡單快捷的途徑獲取以此電壓，該電壓能夠為GIS電壓互感器誤差試驗所用到。

由于試驗受到環(huán)境因素的影響較大，同時GIS實地位置的管道長度需要根據(jù)實際規(guī)劃以及其他設(shè)備因素來確定，其結(jié)構(gòu)也不能在試驗階段進(jìn)行確定，所以對于GIS管道的電容量只能在一定程度上依靠經(jīng)驗與歷史數(shù)據(jù)的分析來實現(xiàn)，因此對于抗電的調(diào)整工作就非常有難度，并且經(jīng)過多方的努力最后試驗的結(jié)果還不能算是達(dá)到了計劃的預(yù)期效果。對于這些試驗過程中所出現(xiàn)的問題需要對其逐一排除，最后只有在GIS電壓互感器試驗中通過其他技術(shù)方式來對實際難題進(jìn)行解決排除。

3.1 利用變頻電源和標(biāo)準(zhǔn)電容標(biāo)定可調(diào)電抗電感值

目前國內(nèi)電氣設(shè)備中，有一種串聯(lián)諧振裝置能夠?qū)崿F(xiàn)通過串聯(lián)諧振電源，來對GIS電壓互感器進(jìn)行現(xiàn)場誤差測試，這種串聯(lián)諧振裝置的構(gòu)造配置有兩種電抗：一種可調(diào)電抗，其額定電流定為0.5 A，額定電壓設(shè)置為較為少見的40 kV；第二種可調(diào)電抗的額定電流定為1 A，是第一種可調(diào)電抗的兩倍，額定電壓則同樣定為40 kV。該裝置中的可調(diào)電抗對于不同調(diào)節(jié)位置的電感量沒有進(jìn)行固定的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，只是根據(jù)不同固定電容量給出了固定的調(diào)節(jié)值。在對GIS電磁式電壓互感器的測試時不能確定管道的電容量，其串聯(lián)諧振所對應(yīng)的電抗值也不能有一個調(diào)節(jié)依據(jù)，從而無法精確設(shè)定電抗值，需要根據(jù)經(jīng)驗與以往數(shù)據(jù)分析來不斷反復(fù)的試取數(shù)值已期能夠使之匹配，這樣的工作程序使得工作效率極為低下，同時也耗費了大量時間成本。現(xiàn)階段對于這樣的問題現(xiàn)狀，筆者通過對電頻電源與標(biāo)準(zhǔn)電容對可調(diào)電抗在多個區(qū)域的電抗值做出一個標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置，并且通過曲線圖的方式將電抗至調(diào)節(jié)位置的曲線繪制出來，這樣就可以通過比對來減少需要反復(fù)盲目調(diào)整的問題。其中設(shè)定參數(shù)為：①變頻電源容量設(shè)置為20 kV·A；②輸入電壓設(shè)置區(qū)間為0～220 V；③輸出頻率設(shè)置區(qū)間為30～300 Hz。通過變頻電源與標(biāo)準(zhǔn)電容的方式，來標(biāo)定可調(diào)電抗電感的具體原理如圖1所示，其中，LX為可調(diào)電抗，C0為標(biāo)準(zhǔn)電容。

圖1 標(biāo)定電感值原理

在整個實驗過程中，筆者采用串聯(lián)諧振裝置設(shè)備生產(chǎn)廠家所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，以及可調(diào)電感與標(biāo)準(zhǔn)電容器。具體可調(diào)電抗LX設(shè)定的額定電流為0.5 A，額定電壓設(shè)定為40 kV，可調(diào)節(jié)范圍區(qū)間設(shè)置為0～60 mm。另外標(biāo)準(zhǔn)電容媒介電容量設(shè)置為0.02 μF。在具體的試驗過程中將兩節(jié)串聯(lián)使用，得到C0=0.01 μF。一旦在試驗中，電路條件滿足ωLX=1/ωC0時，電路就會在此時處于諧振狀態(tài)。在明確公式LX=1/，其中，C0和 LX含義同上，C0是已知量，氣隙調(diào)節(jié)范圍區(qū)間為0～60 mm。在實際試驗過程中，對于LX的間隙是可以進(jìn)行調(diào)節(jié)的，可以對應(yīng)氣隙調(diào)節(jié)范圍區(qū)間，來獲取具體的電感量數(shù)值。經(jīng)過具體的計算，對應(yīng)氣隙調(diào)節(jié)范圍區(qū)間0～60 mm的對應(yīng)電感值具體如表1所示。

3.2 利用變頻電源現(xiàn)場測GIS管道電容參數(shù)

在GIS電壓互感器誤差試驗中，變頻電源具備自動搜素的功能，它能夠?qū)嶒炿娐返闹C振頻率進(jìn)行搜索，也可以通過具體的數(shù)據(jù)統(tǒng)計表來得出電感值數(shù)值，通過計算可以得知GIS管道電容量的具體數(shù)值CX。當(dāng)GIS電壓互感器試驗中的電路產(chǎn)生串聯(lián)諧振的現(xiàn)象，則滿足：ωLX=1/ωCx，因此可以得出GIS管道電容測試過程以及原理具體如圖2所示。

表1 電感量與氣隙對應(yīng)表

圖2 GIS管道電容測試原理

3.3 確定工頻諧振條件下可調(diào)電抗的電感值

通過計算得出工頻狀態(tài)下GIS電壓互感器誤差試驗過程中需要調(diào)節(jié)的電感量。通過計算得出調(diào)解可調(diào)電抗，使GIS電壓互感器誤差實驗電路在工頻的環(huán)境下，達(dá)到串聯(lián)諧振的標(biāo)準(zhǔn)要求，這樣就能夠獲取GIS電壓互感器誤差實驗的關(guān)鍵要素，即試驗所需的一次電壓值。具體計算公式：

4 結(jié)語

本文為GIS電壓互感器誤差試驗提供了新的方案，并且該方案具備簡單高效的特點。通過此方案的實行，極大提升了電網(wǎng)工作效率，對現(xiàn)實難題進(jìn)行了解決方案的提出與實現(xiàn)，使對于GIS設(shè)備的特性及運用又開發(fā)了新領(lǐng)域。

［1］耿建坡，史輪，岳國義，等.500kV電壓互感器檢測系統(tǒng)及其誤差分析與驗證［J］.電測與儀表，2005（12）:35-38.

［2］JJG 1021-2007，電力互感器［S］.

［3］TJY110-500kV校驗裝置說明書［Z］.武漢華電國電高壓科技發(fā)展有限公司.

TM644

B

〔編輯 凌 瑞〕