串聯(lián)諧振試驗原理及設(shè)備耐壓試驗中常見問題分析

李 晨，王 黎，曹曉華

（青島供電公司，山東 青島 266002）

1 試驗原理

串聯(lián)諧振試驗原理如圖1所示，變頻電源VF提供頻率和幅值都可調(diào)節(jié)的電壓，由勵磁變壓器經(jīng)過初步升壓后，通過諧振電抗器L（試驗時所使用的高壓電抗器組，它可以由兩個或者更多個高壓電抗器組成）和回路的電容C（即上面的電容分壓器CF和試品Cx）之間發(fā)生諧振，在試品上得到諧振電壓。諧振電抗器L可以并聯(lián)連接使用，也可以串聯(lián)連接使用，以保證回路在適當?shù)念l率下發(fā)生諧振。通過改變變頻電源的輸出頻率，使回路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)；調(diào)節(jié)變頻電源的輸出電壓幅值，使試品上的電壓達到試驗所要求的試驗電壓。其中，諧振頻率

在這個諧振頻率下試品上的電壓可以達到勵磁變壓器輸出電壓與品質(zhì)因數(shù)的乘積［1-2］。

圖1 串聯(lián)諧振試驗原理圖

2 試驗方法及注意事項

若進行GIS耐壓試驗，需要保證電流互感器二次短路并可靠接地，并在完成主回路電阻試驗，GIS氣室壓力正常，微水測量合格后進行試驗，試驗電壓加到每相導(dǎo)體和外殼之間（三相分別在三個氣筒內(nèi)）或者每相對其他兩相和外殼之間（三相在一個氣筒內(nèi)）。進行耐壓試驗時母線上不應(yīng)接有高壓線路、電壓互感器或避雷器，且應(yīng)按照以下試驗順序進行［3］：

1）通電試驗，加運行電壓。通電檢查后若有避雷器或電壓互感器接在母線上需要甩掉。

2）老練凈化，目的是清除GIS內(nèi)部可能存在的導(dǎo)電微粒或非導(dǎo)電微粒、電極表面毛刺等。老練凈化可使可能存在的導(dǎo)電微粒移動到低電場區(qū)域和燒灼電極表面毛刺，使其不再對絕緣起到危害作用。

3）耐壓試驗。時間為1 min，考核絕緣強度。進行電纜耐壓時，需要將電纜護套接地，所有非被試設(shè)備與被試電纜斷開，保持足夠安全距離。如果電纜一頭在GIS內(nèi)，則需要將斷路器、隔離開關(guān)斷開。另外，規(guī)程規(guī)定，電纜耐壓試驗為1 h，因為時間較短可能發(fā)現(xiàn)不了故障，若試驗時間延長（1 h內(nèi)），則發(fā)現(xiàn)故障的可能性大大增加。

3 試驗異常情況處理以及原因分析

3.1 找不到諧振頻率

諧振頻率的尋求是試驗過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)，如果試驗頻率尋求不當，則試驗電壓有可能不能升到我們所需要的幅值。在現(xiàn)場試驗中，有時會遇到找不到諧振頻率的情況，根本原因是沒有形成諧振回路，達不到諧振條件。

對110 kV變電站110 kV GIS進行耐壓試驗時，諧振頻率無法尋求。經(jīng)檢查母線有一條出線母線側(cè)的接地刀閘沒有拉開，導(dǎo)致被試品接地，沒有電容與電抗器構(gòu)成諧振回路，將該接地刀閘拉開后試驗順利完成。

對用戶站110 kV GIS進行耐壓試驗時，諧振頻率無法尋求，經(jīng)檢查GIS內(nèi)設(shè)備操作無問題。懷疑試驗設(shè)備存在問題，對電抗器進行直流電阻測試，發(fā)現(xiàn)直流電阻無窮大，在長期的運輸顛簸過程中電抗器內(nèi)部斷線導(dǎo)致開路。更換電抗器后試驗完成。另外在別的單位還有發(fā)現(xiàn)勵磁變壓器繞組斷線情況。

對用戶站220 kV GIS進行耐壓試驗時發(fā)生放電現(xiàn)象。發(fā)生放電前諧振頻率可以尋求，發(fā)生放電后找不到諧振頻率。懷疑試品內(nèi)部絕緣出現(xiàn)問題，對其進行絕緣電阻測試發(fā)現(xiàn)結(jié)果不合格，解體后發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)盆式絕緣子有放電通道，對外殼形成通路，被試品接地致使不能構(gòu)成諧振回路。

對110 kV電纜進行耐壓試驗時，發(fā)現(xiàn)諧振頻率尋求不到。后在電纜溝內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)，電纜護套并未可靠接地。導(dǎo)致被試品電容一端并未可靠接地，不能與勵磁變壓器，試驗電抗器構(gòu)成回路（勵磁變壓器輸出單端接地），將護套接地后試驗順利完成。

3.2 試驗電壓不能升到所需要數(shù)值

在諧振頻率可以尋求的情況下，試驗電壓依然不能升到規(guī)程規(guī)定的幅值。由于電纜一般敷設(shè)于郊外，周圍很可能沒有電源，需要發(fā)電機對變頻諧振設(shè)備供電。電纜的電容量一般較大，試驗電流也較大，因此對發(fā)電機容量要求較高。對110 kV電纜進行耐壓試驗時，發(fā)現(xiàn)諧振頻率可以尋求，但是試驗電壓始終達不到所要求的幅值。對電纜進行絕緣電阻測試，結(jié)果良好。后經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)當試驗電壓升高到一定程度后，發(fā)電機輸出電壓急劇下降，僅300 V左右，變頻電源的輸入電壓幅值不能維持穩(wěn)定（需要輸入三相380 V工頻交流電），導(dǎo)致輸出電壓，即加在試品上的電壓幅值不能滿足規(guī)程要求。后換用一臺容量大的發(fā)電機作為試驗電源，試驗順利完成。

在對220 kV變電站110 kV GIS耐壓試驗過程中，發(fā)現(xiàn)在找到諧振頻率的情況下，試驗電壓始終不能加到規(guī)程規(guī)定的幅值（規(guī)程規(guī)定最高電壓為184 kV，而實際只能加壓至140 kV左右）。后經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)勵磁變壓器的輸出繞組接線不適用于此項試驗。勵磁變壓器的高壓有多個繞組，當試品電壓等級較低或者試驗電流較大時，可采用并聯(lián)連接法；當試品電壓較高時，可采用串聯(lián)接法以提升輸出電壓。改變勵磁變壓器輸出繞組的接線方式，將幾個繞組串聯(lián)，輸出的試驗電壓達到了規(guī)程規(guī)定的數(shù)值。

3.3 放電情況分析

GIS試驗過程中，可能會由于制造工藝、絕緣內(nèi)部缺陷等原因引起放電。若放電是由于GIS內(nèi)的毛刺或金屬微粒引起的，發(fā)生發(fā)電時可能會將其燒掉，若放電后再進行試驗通過，則被試品可視為合格。但如果幾次試驗都發(fā)生發(fā)電情況（一般不能超過3次，因為放電時會對試驗設(shè)備造成損害），則說明GIS內(nèi)部存在較嚴重絕緣缺陷，需要解體進行檢查。

電纜進行耐壓試驗時放電的幾率相對較小，有時可能是其他原因引起的放電。例如在對送變電委托的某電纜進行交接試驗時，發(fā)生放電現(xiàn)象試驗沒有通過。這種情況下可以對電纜進行充放電定位，但這樣會對電纜頭造成損害。通過與送變電、廠家的積極溝通，詳細了解其施工情況，較快地斷定電纜GIS側(cè)C相氣室逆止閥有故障，堵塞不通，無SF6氣體導(dǎo)致放電；A相找出故障點在GIS內(nèi)靠近3刀閘處的一個盆式絕緣子處，將GIS解體后發(fā)現(xiàn)盆式絕緣子表面有貫穿式放電通道，需要更換新的盆式絕緣子。確定問題后經(jīng)過相應(yīng)處理電纜試驗通過。

4 結(jié)語

對近幾年青島供電公司應(yīng)用串諧設(shè)備進行試驗中發(fā)現(xiàn)的問題進行分析總結(jié)，有利于對試驗的原理、試驗條件等方面有更深入的了解，在發(fā)現(xiàn)問題時能夠更快速、準確找到問題并解決問題。