GIS設備同頻同相耐壓試驗風險與抑制對策分析

摘要：GIS設備同頻耐壓試驗是在擴建或大修后，檢測器絕緣性能的有效方法。在GIS同頻同相耐壓試驗的基礎上，本文結合《氣體絕緣金屬封閉開關設備同頻同相交流耐壓試驗導則》（下文簡稱《導則》）的規定及相應的同頻同相耐壓試驗經驗，提出應對GIS試驗風險的方法，通過改進試驗方法并且通過現場驗證，有效提升了GIS設備同頻同相試驗的有效性與可靠性，具有良好的經濟效率和社會效益。

關鍵詞：同頻同相? GIS設備? 耐壓試驗? 抑制措施

Analysis of the risk and suppression countermeasures of GIS equipment

LIU Ding

（ State Grid Hunan Electric Power Co.， Ltd. Shaoyang Power Supply Branch， Shaoyang， Hunan Province， 422000 China ）

Abstract： The same-frequency voltage resistance test of GIS equipment is an effective method of detector insulation performance after expansion or overhaul.Based on the basis of GIS same-phase pressure test， this paper combines the provisions of the same-phase AC pressure test for gas insulated metal closed switchgear （hereinafter referred to as the Guidelines） and the corresponding experience of GIS test risk， and effectively improves the effectiveness and reliability of GIS equipment through improved test methods and field verification， with good economic efficiency and social benefits.

Key Words： Same frequency and same phase; GIS equipment; Pressure resistance test;Suppression measures

近年來，氣體絕緣金屬封閉開關設備（Gas Insulated Switchgear， GIS）由于其具有占地面積小、集成度高、可靠性高等特點，廣泛地應用于現代電網系統中。按照規定，在進行高電壓等級GIS擴建或大修后，需要對GIS設備進行耐壓試驗，以對其安裝質量、制造質量進行評價，確保其絕緣性能良好，消除制造和安裝環節存在的故障，保障GIS設備使用安全性。隨著電網發展，傳統的GIS耐壓試驗存在一些問題，主要表現在GIS設備擴建或大修間隔后，傳統試驗方法容易擊穿隔離開關斷口，對原有設備造成危害，引發設備風險。按照GIS現場耐壓試驗的相關規定，GIS現場試驗必須停電并且可靠接地，但是會危及電網安全可靠性，造成巨大的經濟損失，也會帶來不良社會影響。為了解決相應的難題，在擴建或檢修GIS后，能夠在不停電的情況下開展現場耐壓試驗。同頻同相耐壓試驗可以用于檢測GIS設備耐壓情況，選擇以母線電壓互感二次電壓作為參考電壓，與試驗電壓同頻同相的情況下，以此為基準測試GIS設備的耐壓能力。本文結合《氣體絕緣金屬封閉開關設備同頻同相交流耐壓試驗導則》（下文簡稱《導則》）的規定及相應的同頻同相耐壓試驗經驗，提出了一種GIS同頻同相耐壓試驗方法，能夠在母線不停電的情況下開展現場耐壓試驗，對于未來試驗具有參考價值，也能夠保障電網安全穩定運行。

1 試驗方法原理

1.1 傳統耐壓試驗

傳統的耐壓試驗方法，試驗的電壓頻率和相位與運行電壓和相位均有所不同。在GIS擴建或大修之后，通過測試試驗電壓和運行電壓的差值，得到母線側隔離開關斷口的電壓，并且以此評估GIS耐壓情況[1]。但是在試驗過程中，變頻串聯諧振耐壓下，容易出現試驗電壓和母線電壓相位相差180°的情況，此時的母線側隔離開關斷口的電壓應該是測試電壓和運行電壓之和。如果依然用傳統的耐壓試驗進行測量，容易導致母線側隔離開關高于擊穿電壓，從而導致開關斷口絕緣擊穿，引發母線短路，危及電網設備[2]。

1.2 同頻同相耐壓試驗

同頻同相耐壓試驗是以相鄰設備的運行電壓作為參考電壓，如相鄰線路或母線電壓互感器的二次電壓。對運行電壓和試驗電壓的相位和頻率進行跟蹤，了解試驗電壓和運行電壓的相率和頻率。通過軟件鎖相環技術，輸出一個與試驗點頻率相同、相位一致的電壓信號，并且對信號進行放大，利用串聯諧振裝置產生與運行電壓相位和頻率一致的試驗電壓，從而實現運行電壓和試驗電壓的同頻同相?，F場不停電的條件下，試驗電壓與運行電壓同頻同相，對GIS設備進行耐壓試驗，母線側隔離開關斷口電壓計算相對簡單，降低設備擊穿風險，確保耐壓試驗能夠帶電進行，避免危害電網運行[3]，如圖1所示。

1.3 試驗系統構成

GIS同頻同相交流耐壓試驗主要由同頻同相試驗電源、同頻同相控制箱、試驗變壓器、保護電阻等結構構成。通過試驗系統，實現同頻同相，具體的試驗系統和功能如下。（1）同頻同相控制箱，該裝置是試驗系統的核心元件，可以對運行電壓和試驗電壓進行跟蹤，并且開展條件，確保試驗電壓和運行電壓同頻同相，同時該裝置具有高壓閃絡保護和高壓過電壓保護功能。（2）同頻同相電源，主要用于初級信號的功率方法，從而形成大功率輸出電壓。（3）試驗變壓器，對電源電壓進行偏壓控制，使其與試驗電壓相匹配，額定頻率為50Hz。（4）保護電阻器，串接于試驗變壓器的高壓輸出端，用于限制過電壓，從而減少短路風險。

2 現場應用與試驗風險

以110kV變電站作為試點，以此分析其應用情況以及試驗存在的風險。

2.1 試驗流程

以110kV變電站為試驗變電站，經過擴建后，變電站的所有開關場均采用GIS組合電氣設備，具備耐壓試驗的條件。在不停電的情況下，開展GIS同頻同相耐壓試驗，具體的試驗流程如下。（1）開關操作，斷開新建間隔接地開關，斷開新建間隔和運行母線的隔離開關，合上新建間隔斷路器和線路側隔離開關。（2）試驗接線，從運行母線的電壓互感器二次端子得到參考電壓，連接試驗回路，測試試驗側分壓器得到試驗電壓。（3）同頻同相控制，在對同頻同相裝置進行檢查，確保所有元件均運行正常后，開展同頻同相操作，輸出同頻同相電壓;升壓后調節電抗器，使回路處于諧振狀態。（4）耐壓測試，從0開始升壓，升壓直到80kV后耐壓10min;再次從0開始升壓直到73kV停留5min;再次從0開始升壓直到184kV停留1min，評估耐壓情況。

2.2 耐壓試驗分析

通過耐壓試驗操作，可以從運行設備和間隔兩個部分進行分析。在運行后可知，通過30min充電試驗，可以保護站內設備絕緣合格，運行電壓下不會發生擊穿風險，利用同電源和異電源的核相試驗，可以保證線路連接正常，不會出現設備相別連接錯誤。采用帶負荷校驗，可以確定設備保護裝配正確[4]。

2.3 試驗風險

從試驗情況來看，同頻同相耐壓試驗的風險如下。（1）擊穿風險，在實驗過程中，過電壓引發母線隔離開關放電擊穿風險，將會產生連續放電等問題，危害電網運行，造成一系列的破壞。（2）調控要求高，同頻同相是整個試驗的關鍵，為了確保試驗電壓和運行電壓相別一致，需要控制電壓，但是當試驗電壓和運行電壓相差120°以上時，隔離開關斷口承壓如圖2所示，將有可能導致隔離開關電壓過高，造成母線側隔離開關放電擊穿。

3 同頻同相耐壓試驗風險抑制對策

針對試驗過程的風險，需要采取有效的方式進行管控，以此降低試驗風險，確保試驗過程安全可靠。

3.1 調整變電站運行方式

為了應對試驗風險，需要轉移變電站負荷，從而降低電網運行風險。雙母線接線的變電站，為了降低耐壓試驗風險，需要均勻分布負荷，將母聯開關設置在運行位置，可以避免因為過電壓擊穿開關。因此在開展GIS同頻同相耐壓試驗前，需要與調度部門進行聯系，對變電站進行必要的調整后，再開展耐壓試驗[5]。

3.2 設備檢查

同頻同相耐壓試驗開展前，需要進行必要的檢查，具體包括如下幾點。（1）母線側隔離開關絕緣檢查，耐壓試驗主要是通過母線側隔離開關斷開，其絕緣狀態對于檢測影響明顯，因此需要對其開關室壓力和含水量檢測，確保絕緣良好，才能開始試驗[6]。（2）母線側隔離開關分合位置檢測，耐壓試驗前，對開關分合位置進行檢測，確保分閘標識準確，可選用可視化技術開展檢測，確保分閘到位。（3）一次加壓回路相別確認，GIS變電站通常以電纜出現，沒有出線套管，因此需要安裝試驗套管，對套管和主回路連接進行檢測后，確認一次加壓回路相別，在進行導通測試后，確保相別正確，然后開始進行同頻同相耐壓試驗測試[7]。

3.3 監視與調控電壓

同頻同相耐壓試驗必須要對電壓頻率、相位、母線側隔離開關局部放電水平和絕緣狀態進行監測，具體檢測內容如下。（1）電壓頻率和相位，同頻同相是整個試驗的關鍵，為了確保輸出試驗電壓頻率和相位和運行電壓相同，需要監測運行電壓情況，如果出現偏差應該停止試驗，查明原因后繼續試驗。（2）母線隔離開關檢測，耐壓試驗中，容易發生局部放電，引發電氣分解，需要對母線側隔離開關的放電水平、絕緣狀態進行監測，如果發現信號異常，應該及時停止試驗，查明原因后繼續進行試驗。經過耐壓試驗，表明GIS設備絕緣良好后，才能投入使用。

4 結語

綜上所述，同頻同相耐壓試驗可在電網運行的情況下，開展GIS性能測試，從而為擴建或大修后的GIS設備運行情況進行檢測，確保絕緣良好后才能投入使用。本文提出了一種同頻同相耐壓試驗方法，通過對110kV變電站的GIS進行測試，測試表明該方法可行性高，但是依然具備一定的風險。因此在同頻同相耐壓試驗前，需要改變變電站運行方式、檢測母線側隔離開關狀態，為耐壓試驗做好準備，并且在試驗中加強監測，在完成耐壓試驗后，才能投入使用。

參考文獻

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[7] 謝瀚陽，彭澤武，馮歆堯，等.調度變電與電網GIS輸配電線路圖模拼接實現方法[J].電力信息與通信技術，2021，19（7）：61-67.

作者簡介：劉定（1990—），男，工程師，本科，研究方向為電氣試驗工作。