探究感應電源在洞內GIS 耐壓試驗中的應用

王 浩

（廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣東 廣州 510610）

目前國內大多數抽水蓄能電站為地下式廠房，電氣設備布置連接一般為：通過在地下母線洞布置洞內GIS 來連接主變高壓側和高壓電纜，主變低壓側連接發電機出口母線，高壓電纜則通過斜洞連接地面開關站設備。根據電氣設備交接試驗規范要求，在電氣設備安裝完成后，為檢查安裝的絕緣性能是否完好、運輸及安裝過程中設備是否有損壞，需進行現場耐壓試驗。耐壓試驗過程中的試驗電源一般有三種選擇：①選擇常規的試驗變壓器加壓；②用串聯諧振裝置作為交流電源；③利用電壓互感器高壓側感應出電壓作為試驗電源。一般來說第一種試驗電源常用在廠用電設備耐壓試驗過程中，第二種常用在35 kV 及以上電氣設備耐壓試驗過程中，第三種則使用較少，一般在特殊特定的作業環境下使用。本文結合海南抽水蓄能電站洞內GIS 耐壓試驗過程，對第三種方法進行探究［1]。

1 選擇感應電壓作為試驗電源的理由

（1）海南瓊中抽水蓄能電站位于海南省瓊中縣，氣候潮濕，且在GIS 安裝過程洞內為土建裝修和機電安裝交接時段，氣體粉塵較嚴重。因此檢查設備安裝后的絕緣性能尤為重要。

（2）在建設過程中因土建交接面復雜，出現工作面不足情況，現場進行了多次倒運。為檢查該電站洞內GIS 元件在運輸倒運過程中是否因機械振動、撞擊而造成內部緊固件松動或相對位移等缺陷，耐壓試驗也尤為重要。

（3）本電站洞內GIS 未預留直接加壓接入點，無法利用高壓引線接通被試驗GIS，而利用試驗變壓器和串聯諧振裝置作為試驗電源時，均需通過高壓引線與被試品接通，因此選擇感應電壓作為試驗電源。

（4）本電站洞內GIS 額定電壓為252 kV，試驗電壓根據規范要求：按出廠試驗電壓的80%進行，即為460×0.8=368 kV；試驗電壓的安全距離為4.2 m，而根據海蓄電站洞內GIS 廊道布置：與220 kV 高壓電纜支架水平距離為3.5 m，若利于高壓引線連接時，安全距離不滿足要求，因此決定選擇感應電壓作為試驗電源［2]。

2 感應電壓試驗設備的選擇

（1）本電站洞內GIS 設備自身無配置電壓互感器，因此試驗電源選擇為廠家提供與GIS 配套的500 kV 封閉式電壓互感器，即/0.2/0.2 kV，在被試設備設計制造過程中預留了接入試驗界面。

（2）在利于電壓互感器感應高壓作為試驗電源時，互感器鐵芯易飽和，因此在試驗過程中通過調整電壓頻率來調整鐵芯飽和，本次試驗過程中選擇了分體式倍頻耐壓電源。

（3）為試驗前后檢查設備的絕緣強度是否有明顯變化，選擇絕緣電阻測試儀1 臺。

3 感應耐壓試驗原理分析

該抽水蓄能電站洞內GIS 耐壓試驗選擇的試驗方法為：將500 kV 封閉式電壓互感器高壓端裝入GIS 預留的界面與GIS主導體連接，并充SF6 氣體靜置、檢測并達到規定要求。利用分體式倍頻電源輸入電壓互感器二次繞組，在一次側感應出高電壓，從而對洞內GIS 主回路進行感應耐壓試驗。洞內GIS 耐壓一次接線見圖1。

圖1 洞內GIS 耐壓一次接線示意圖

試驗電壓則是通過電壓互感器高壓側感應出電壓來試驗，試驗電壓互感器的原理為：互感器的低壓側是由2 個繞組串聯變成一個繞組，相當于將試驗電壓互感器變成了一個高壓側電壓為kV，低壓側電壓為400 V 的試驗變壓器，廠家給出的額定匝數比為721.7，在互感器的低壓側加電壓時，加在GIS 母線的電壓由兩部分構成，一部分是由互感器上高低壓繞組感應的高壓側電壓Up，其數值為低壓側所加電壓乘以匝數比；第二部分是試驗過程中的容性電流在互感器漏電抗上感應的電抗電壓UL，因為電抗電壓UL與試品GIS 上的電容電壓Uc方向正好相差90°，因此加在GIS 母線對地之間電容上的試驗電壓為：Uc=Up+UL［3]。

由于試驗電壓互感器的漏抗遠遠大于其直流電阻，可忽略不計，因此最終的試驗電壓為：Uc=Up+UL=Us×721.7+Ip×L。其中Us為試驗互感器的輸入電壓，Ip為試驗互感器的高壓側電流，Ip=Is/721.7，其中Is為試驗互感器的輸入電流，根據廠家資料顯示：試驗互感器的電抗值在50 Hz 下的設計值為L=1.28 MΩ，總漏電抗=ωL，可根據實際試驗頻率下算出。

因為本次耐壓試驗為感應電壓作為電源，試驗電壓互感器在試驗中容易出現磁通飽和，高壓側電壓UP將會失真，因此在試驗過程中應注意監視電流增大與電壓升高的速度關系。若出現電壓升高一點，電流相對增加較多時，則可能磁通已飽和，需要采取措施：變換試驗頻率。為保證選擇合適的試驗頻率，保證試驗試驗順利進行，海蓄電站建設單位討論決定：在進行正式試驗之前選擇第一臺GIS 的C 相做預試驗［4]。

通過預試驗不斷調整頻率，尋找到最佳頻率為32 Hz，可折算出試驗電抗值為824 kΩ，試驗過程中讀出的數據為：Us=374.9 V，Is=82.8 A。

復核試驗電壓計算：Uc=721.7×374.9+（82.8/721.7）×824000=368 kV，滿足耐壓試驗電壓要求。

4 感應耐壓試驗過程

4.1 試驗前條件確認

①洞內環境溫度及相對濕度滿足試驗要求。②現場提供電流不小于100 A 的380 V 三相電源以及電流不小于25 A 的220 V 單相電源。③被試驗GIS 已全部安裝完畢，已完成主回路導電阻測試、密封性試驗、SF6 氣體含水量測量、封閉式組合電器內各元件的調試、開關類設備操動試驗、氣體密度繼電器、壓力表和壓力動作閥的檢查等除互感器精度試驗外的所有常規試驗項目，并全部合格。被試GIS 各氣室氣體壓力在設備技術規定范圍內。④現場交流耐壓試驗前被試部分所有電流互感器的二次繞組應可靠短路接地，GIS 的所有非試驗部分應可靠接地，本間隔與220 kV 電纜未連接，與主變高壓套管的導電桿未連接。

4.2 試驗步驟

①試驗前做好試驗區域安全圍擋，技術安全交底等準備工作。②按已批準的試驗方案進行試驗設備組裝及接線，確認無誤后開始試驗。③耐壓試驗前，首先測量被試相GIS 絕緣電阻值，絕緣電阻值應無異常。否則需查找原因并消除，待絕緣電阻值滿足規范要求后方可繼續試驗。④接通試驗電源，操作人員正確設置試驗參數及保護參數；通過調節諧波，找出諧振頻率，然后開始緩慢升壓。⑤升壓過程中應嚴格按照加壓程序進行調壓操作：零起升壓至127 kV 停留15 min，進行被試設備的老練試驗，到達降低甚至消除被試設備內毛刺、微粒以及塵埃的危害性；然后升至運行電壓252 kV 停留3 min，再升至試驗電壓368 kV 停留1 min。試驗完后電壓降至0 并充分放電。試驗過程中操作人員及時報告當前試驗電壓值，各區域監視人員應密切注意試驗狀態，若發現異常，應實時報告，做好記錄試驗數據。⑥拆除倍頻電源與試驗電壓互感器的連線，合上快速接地開關接刀，并解開地刀與地的接地排，再次測量被試相GIS 絕緣電阻值，絕緣電阻與耐壓前相比應無明顯降低。⑦試驗結束后，清理試驗現場，拆除所有試驗設備；恢復現場所有的臨時措施，設備狀態恢復到試驗前狀態［5]。

5 感應耐壓試驗結果

本次洞內GIS 三相母線耐壓試驗過程中設備無擊穿放電，無異常聲響，試驗前后設備絕緣電阻值無明顯變化，符合相關規范要求，洞內GIS 三相母線通過耐壓試驗。

6 結語

海南抽水蓄能電站洞內GIS 耐壓試驗選擇利用外加電壓互感器作為試驗電源，檢驗設備安裝質量和絕緣性能，經過兩年的運行，設備并無異常現象，證明了感應耐壓試驗應用的成功。但選擇感應電源作為試驗電源時應綜合考慮設備的設計、布置、經濟等多方面因素，在保證試驗安全的前提下，確保試品和被試品的不被損壞也是十分重要的，本文通過對感應電源在洞內GIS 耐壓試驗中的應用探究，可為讀者在遇到類似情況提供參考，有改進之處敬請指正。