GIS 設(shè)備現(xiàn)場沖擊試驗

馬宏明，彭兆裕，王科，程志萬，彭晶

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217)

0 前言

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)具有體積小、占地面積少、不受外界大氣條件影響、維護(hù)量少、檢修周期長等特點，得到了廣泛推廣使用［1］。GIS 設(shè)備在現(xiàn)場安裝完畢后，必須進(jìn)行主回路絕緣試驗以檢查其總體安裝后的絕緣性能是否完好，GIS 設(shè)備在包裝、運輸和安裝過程中可能帶入的內(nèi)部絕緣缺陷類型主要有兩種［2－5］:一種是活動絕緣缺陷，例如自由導(dǎo)電微粒等;另一種是固定絕緣缺陷，例如絕緣件表面損傷等。GIS設(shè)備的不同缺陷類型對試驗電壓波形的敏感度不一致。交流耐壓試驗對絕緣介質(zhì)污染類缺陷比較敏感，沖擊試驗對異常的電場結(jié)構(gòu)類缺陷比較敏感。為保證GIS 設(shè)備以良好的狀態(tài)投入運行，有必要在現(xiàn)場交流耐壓試驗后再進(jìn)行現(xiàn)場沖擊試驗，保證GIS 設(shè)備投運前的全方位檢查。

1 現(xiàn)場雷電沖擊試驗

根據(jù)國家、行業(yè)或公司相關(guān)法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，現(xiàn)場具備條件時，應(yīng)開展雷電沖擊電壓試驗?，F(xiàn)場選用的沖擊發(fā)生裝置選用1 800 kV/180 kJ 沖擊電壓發(fā)生器成套裝備，該成套裝備主要由CDY－HW1 800 kV/180 kJ 沖擊電壓發(fā)生器本體、FYW－2 000 kV 弱阻尼電容分壓器、CCK－2511 計算機(jī)測量與控制(光纖)系統(tǒng)等部分組成。

現(xiàn)場沖擊電壓發(fā)生器原理概括為:并聯(lián)充電、串聯(lián)放電［6］。其示意圖如圖1 所示。

1)充電過程:回路由充電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉烹娺^程是利用一系列火花球隙來實現(xiàn)，它們在充電過程中都不被擊穿，這時各級電容器C 經(jīng)數(shù)目不等的充電電阻R 并聯(lián)地由電壓Uc 的整流電源充電，將每級電容器C 充電到電壓Uc。

2)放電過程:一旦第一對火花球隙擊穿(自觸發(fā)、點火觸發(fā)兩種方式)，其他各級球隙將迅速依次擊穿，各臺電容器被串聯(lián)起來對波尾電阻R2 和波前電容進(jìn)行放電，使試品上受到相應(yīng)幅值的沖擊電壓波。

圖1 移動式?jīng)_擊電壓發(fā)生器原理

移動沖擊試驗裝置體積較大，將該成套裝置方便、快捷地運送到現(xiàn)場較為關(guān)鍵，三個集裝箱將現(xiàn)場移動沖擊試驗成套裝置的所有零部件合理安裝固定。

2 點火裝置同步特性

放電球隙的同步特性是影響移動沖擊電壓發(fā)生器模擬瞬態(tài)過電壓性能的關(guān)鍵因素［7］。移動沖擊電壓發(fā)生器的點火球隙間距應(yīng)有一定的同步范圍。當(dāng)設(shè)置不同的球距時，發(fā)生器本體9 對球隙應(yīng)能在合適的電壓范圍內(nèi)同步觸發(fā)點火［8］。

在調(diào)試過程中逐次設(shè)置不同的球距，尋找各球距下的同步觸發(fā)電壓的范圍，并計算其同步范圍。實測試驗數(shù)據(jù)見下表1 所示。

表中:dmin為可點火同步電壓最小球距;dmax為可點火同步電壓最大球距;M 為同步范圍百分?jǐn)?shù)

表1 球距同步范圍數(shù)據(jù)表

其中，同步范圍可以由以下公式計算:

從表1 中可以看出，該1 800 kV/180 kJ 沖擊電壓發(fā)生器成套裝置在各級電壓下的同步范圍均大于20%，即各級沖擊電壓下球距均有較好的同步特性，可以滿足現(xiàn)場沖擊試驗要求。

圖2 給出了測量得到的球距跟蹤測量曲線。

圖2 沖擊本體球距跟蹤曲線

該沖擊本體球距跟蹤曲線在現(xiàn)場沖擊電壓試驗中得到了驗證。

3 現(xiàn)場試驗

利用1 800 kV/180 kJ 沖擊電壓發(fā)生器成套裝備在220 kV GIS 設(shè)備上開展了現(xiàn)場雷電沖擊電壓試驗。

為產(chǎn)生符合規(guī)定的雷電沖擊電壓波形，現(xiàn)場需要根據(jù)移動沖擊電壓發(fā)生裝置的各項參數(shù)及GIS 設(shè)備的容量，配置相應(yīng)的波形電阻。式(2)和式(3)給出了沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生雷電沖擊電壓波形參數(shù)的計算原理［9］。

式中:T1、T2分別為波前時間和波尾時間;R1、R2分別為波頭電阻和波尾電阻;C1、C2分別為充電電容和負(fù)載電容。

根據(jù)計算和實驗室調(diào)試情況，將電阻電感配置如下:

波前電阻:70 Ω×3 (1、3、5 級)+0.1mH×3 (2、4、6 級)

波尾電阻:72//3.5 kΩ×6

試驗電壓為額定雷電沖擊耐受電壓值的80%，即1 050* 0.8=840 kV。

先做負(fù)極性的雷電沖擊耐受試驗［10］:

1)在50%的試驗電壓下進(jìn)行試驗回路的電壓波形調(diào)整;

2)在80%的試驗電壓下加壓一次進(jìn)行試驗設(shè)備的效率核準(zhǔn);

3)若試驗設(shè)備的波形和效率都滿足試驗要求，對試品連續(xù)施加三次100%的沖擊試驗電壓。

再按負(fù)極性方法進(jìn)行正極性的雷電沖擊電壓試驗。

按照上述步驟，對500 kV 思茅變220 kV GIS設(shè)備進(jìn)行了840 kV 電壓值下的正負(fù)極性各三次雷電沖擊電壓試驗，試驗過程中GIS 設(shè)備均未發(fā)生閃絡(luò)或擊穿現(xiàn)象，順利通過了該沖擊試驗。

4 結(jié)束語

綜上所述，為降低GIS 設(shè)備的缺陷率，應(yīng)采取可能各種有效的檢測手段，避免設(shè)備故障的發(fā)生。現(xiàn)場移動沖擊電壓試驗，對絕緣子裂紋、表面的臟污和導(dǎo)電毛刺等電場結(jié)構(gòu)異常的發(fā)現(xiàn)非常有效，通過該項試驗?zāi)軌蛟贕IS 設(shè)備投產(chǎn)前發(fā)現(xiàn)各種隱患，避免該隱患帶入到運行階段，造成不可估量的損失。因此，對于新投運的GIS 設(shè)備開展現(xiàn)場沖擊試驗是很有必要的。

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［10］GB/T 11022－2011，高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求［S］.