浅谈GIS现场交流耐压试验

1.引言

中国电网公司上海供电公司220kV王华变于2012年建成，局工程部拟定于2015年12月将其投入运行。由于1号主变在建成初期未进行GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）现场交流耐压试验，加之未投运以达三年时间，所以，贵州送变电工程公司在2015年11月25日对GIS设备进行了现场交流耐压试验。

2.交流耐压试验的目的

GIS交流耐压试验是检验GIS设备绝缘性能的重要试验之一,它对反应设备在制造及安装过程中可能的绝缘缺陷直观灵敏。

GIS设备大多是散件运抵现场后进行组装充气, 如果在运输中内部零件有移位或安装中内部有残余杂物, 将改变原设计的电场分布。为检查总体装配的绝缘性能是否良好, 以防止意外因素导致的内部故障, 应进行安装后的现场交流耐压试验。

3.交流耐压试验的方法

GIS耐压试验一般有三种方法，即利用工频高压试验变压器进行试验，采用电抗器并联补偿进行试验，采用串联谐振装置进行试验。其中串联谐振装置又分为调感式串联谐振耐压试验装置和调频式串联谐振耐压试验装置。此次试验采用的就是调频式串联谐振耐压试验装置。这套装置体积小、质量轻、使用方便，得到了试验技术人员的普遍认可。但由于试验频率是可调的,这与工频试验还是有区别的,通过相关理论和研究可知,频率对气体击穿电压的影响主要有:①在均匀电场中,300 Hz 以下的频率对SF6 气体击穿电压的影响是甚微的。在稍不均匀电场中,随着电压频率的变化,击穿电压有较大的变化。②在极不均匀电场中,当SF6 气体的密度大于0. 4 MPa 的情况下,交流电压的频率在数百Hz以内,击穿电压值基本不随频率的变化而变化。③在电场中存在导电微粒时,在一定的电压下,微粒的跳动高度与电压的频率有关,频率低,跳得高,频率高,微粒在电场的作用下产生的加速运动尚未达到较高的速度时,电场方向使微粒改变运动方向,因而达不到一定的高度。当频率上升到一定数值,微粒难以穿越气隙时,使击穿电压偏高。试验频率的选择对耐压的效果是有影响的,但影响不大, IEC517和GB7674-2008 均认为试验电压频率在10～300 Hz范围内与工频电压试验基本等效,所以《气体绝缘金属封闭开关设备现场交接试验规程》规定,试验电压的频率一般在10～300 Hz 的范围内。

4.调频式串联谐振试验装置简介：

4.1 装置原理

　发生串联谐振的基本原理是：在R-L-C电路中由电工知识得到：Uc=I/ωC,UL=I*ωL，UR=I*R，U=Uc+UL+UR，当LRC串联回路中的感抗与试品容抗相等时，电感中的磁场能量与试品电容中的电场能量相互补偿，试品所需的无功功率全部由电抗器供给，电源只提供回路的有功损耗。电源电压与谐振回路电流同相位，电感上的电压降与电容上的压降大小相等，相位相反。由图1 可知，当 ωL=1/ωc，回路的谐振频率 f=1/2π√LC，也就是说，电路发生串联谐振，电源提供很小的励磁电压，试品上就能得到很高的电压,电源频率为谐振频率。

4.2 装置特点：

利用串联谐振原理在回路中产生高电压,一般频率为10~300Hz。串联谐振高压发生器原理VF：变频控制器 L1：高压电抗器 Cx：试品 T1：励磁变压器 C1、C2：电容分压器

当电源频率(f)、电感(L)及被试设备电容(C)满足下式时回路处于串联谐振状态。此时：f=1/2π√LC，回路中电流为I= US /R,被试设备电压为UC =I/ωC，输出电压与励磁电压之比为试验回路的品质因数：Q= UC/US=1/ωCR，由于试验回路中电阻R很小，故试验回路品质因数很大。一般情况下在30-50之间，即输出电压可达到励磁电压的50倍，因此用较低容量的试验变压器就能得到较高的试验电压。这样就解决了在一般的交流耐压试验中试验变压器容量不能满足试验要求的问题。而此时电容量与电感的关系为ωL=1/ωC，因为对某个试品而言，电容量是固有的，试验用可调电感的价格也非常昂贵，因此解决问题的途径就引到了改变电源频率回路的谐振频率，在初始电压下调节回路的频率，观察Uc的变化达zui大值时，增加或减小频率时谐振电压都要下降，这时的频率为谐振频率，这时的电压为谐振点电压，增加励磁电压就能升高谐振电压，从而达到试验电压目的。另外，由于试验回路是处于谐振状态，回路本身具有良好的滤波作用，电源波形中的谐波分量在设备两端大为减小，从而输出良好的正弦波形。当试品放电或击穿时，即回路中等值电容被短路，谐振条件被破坏，电压明显下降，恢复电压上升缓慢，试品上不发生暂态过电压，且电源供给的短路电流受到电抗的限制而减少，从而限制被试设备的损坏程度。

5.现场交流耐压试验过程

5.1 试验依据

GIS 交流耐压试验施加电压高,具有一定的危险性,同时,它又是一种破坏性试验,为保证试验有序安全顺利地进行,根据《气体绝缘金属封闭开关设备现场交接试验规程》规定,一般试验方案的基本内容是:试验分为老练试验和耐压试验两个阶段,其中*阶段老练试验应在耐压试验之前进行,它通过施加的电压并停留一段时间,可将设备中可能存在的活动微粒迁移到低电场区域,或通过放电烧掉细小的微粒或电极上的毛刺、附着的尘埃等。“老练净化”时间为10 min ,电压值为1. 0 倍设备额定相对地电压,试验范围包括避雷器、电压互感器在内的所有GIS 电器设备。第二阶段为耐压试验,首先升压至1. 73 倍额定相对地电压,并保持3 min ,无异常后上升到现场交流耐压额定值(为出厂试验电压值的80 %) ,保持1 min ,然后降压至零,其试验范围不包括避雷器、电压互感器等不允许耐压的设备。对于避雷器、电压互感器与母线之间若无隔离开关连接,则该部分设备需在耐压试验后才可安装。试验分相进行,被试相加压,其余两相短接接地。如GIS 的每一部件均已按选定的试验程序耐受规定的试验电压而无击穿放电则认为GIS 通过耐压试验。

5.2 试验前准备

试验前准备: ① 试验仪器仪表准备、检查;安全用品和起吊用具准备、检查。②对GIS 设备巡视,检查各断路器及隔离开关位置正确。③ 断开高压电缆、架空进线、变压器与GIS 的连接,并保持足够的安全距离。④短接所有电流互感器的二次绕组并接地,电压互感器二次绕组接地。⑤测试GIS 主回路绝缘。⑥确定试验仪器的现场位置。

5.3 试验注意事项

（1）在GIS 现场试验过程中,试验天气的状况对谐振回路的品质因数Q值影响很大,品质因数Q=UC/US=1/ωCR， R是试验回路的总电阻,它包括引线和电感的固有电阻,也代表了高压引线的电晕损耗及试品介质损耗的等效电阻且占的比例较大,随着试验电压值的慢慢升高, 试验回路中发生电晕, 有功损失的等效电阻R也会增加, 造成品质因数Q下降。研究表明,在阴天或空气湿度较大的情况下, 品质因数Q值将减少30 %左右,由式UC=UL=QUS(UC为谐振时电容分压器上的电压,UL为谐振时电感上的电压,US为励磁变压器输出电压) 可知,使得励磁变压器输出压增大,因此GIS的耐压试验一定要选择晴天或空气较干燥的情况下进行试验。

（2）高压引线须用的试验联络线并连接可靠,以防在试验过程中在外力和电动力的作用下造成引线松动引起闪络,同时要考虑引线与套管的角度。

（3）试验电抗器的底座下面不能有铁磁性物质,如马路的钢筋网等, 避免漏抗造成对设备选频的影响。

（4）试验必须在SF6 气体额定压力下进行。

（5）试验操作台的接地线单独引取,避免高压放电时瞬间的高电压通过地线伤及操作台和操作人员。

（6）试验电源严格按规定使用,电压稳定,三相平衡,试验过程中,附近不能有大型电气设备的工作,如电焊机、真空泵、滤油机等。此外,电源线不能有缠绕、铰接现象且不能直接从GIS 装置上跨过。

6.结语

GIS 设备的耐压试验是检查其绝缘性能的一项有效的措施,由于不同的GIS 设备的结构上区别,在进行试验时如果发生放电所出现的现象也不是*一样的,设备的任何一个内部缺陷都可能造成试验的终止,正确判断放电的位置和原因并制定出处理方案是关键,这就得依靠试验人员细心的观察,扎实的理论基础以及丰富的试验经验,在每一次的试验中不断总结、积累。同时,勇于探索,敢于创新,采用更、更科学的试验仪器和方法,完成每一次GIS的现场耐压试验,为其绝缘性能作出越来越可靠的技术鉴定。