基于500kV變電站GIS設(shè)備的交流耐壓試驗分析

摘 要：電氣設(shè)備的故障大多數(shù)是絕緣故障，是內(nèi)部存在絕緣缺陷，引起局部發(fā)電，經(jīng)過熱、化學(xué)、機械力等的作用使缺陷擴大引發(fā)故障。交流耐壓試驗是檢測電氣設(shè)備絕緣缺陷最有效的方法。本文主要介紹500kV變電站GIS設(shè)備的交流耐壓試驗的概念、原理、具體操作步驟及注意事項。

關(guān)鍵詞：交流耐壓試驗；GIS；變頻諧振

中圖分類號：TM595 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）12-0062-02

1 交流耐壓試驗簡介

1.1 概 念

交流耐壓試驗是指在被試驗電氣設(shè)備上施加標準規(guī)定的額定工頻耐受的交流電壓，并持續(xù)一定時間后將電壓均速且迅速地降為零，被試驗設(shè)備在試驗過程中未發(fā)生表面閃絡(luò)或絕緣擊穿等情況，則被認為合格。交流耐壓試驗?zāi)苷鎸嵉哪M被試驗設(shè)備內(nèi)部電壓的分布，能有效的發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，是檢測絕緣缺陷的有效方法。但同時注意，由于交流耐壓試驗所加的工頻電壓遠大于電氣設(shè)備的額定工作電壓，有可能使內(nèi)部絕緣缺陷進一步擴大甚至擊穿，應(yīng)在非破壞性試驗合格后在進行。

1.2 試驗方法

目前GIS交流耐壓試驗采用主要采用三種試驗方法。①并聯(lián)諧振耐壓法。當變壓器電壓滿足要求，電流不滿足時，采用電抗器并聯(lián)補償或調(diào)頻達到補償，處于電流諧振；②調(diào)感串聯(lián)諧振耐壓法。當變壓器電流滿足要求，電壓不滿足時，采用電抗器與被試驗設(shè)備串聯(lián)，可調(diào)感達到完全補償，處于電壓諧振，頻率可為工頻；③調(diào)頻串聯(lián)諧振耐壓法。當變壓器電流滿足要求，電壓不滿足時，采用電抗器與被試驗設(shè)備串聯(lián)，調(diào)整電源頻率，處于電壓諧振，頻率在20～300Hz。變頻諧振具有容量大，重量輕，被試驗設(shè)備擊穿時所受的破壞小，電壓波形好等特點，GIS現(xiàn)場耐壓建議選擇該方式。

2 調(diào)頻串聯(lián)諧振裝置的工作原理

調(diào)頻串聯(lián)諧振交流耐壓試驗裝置是指運用串聯(lián)諧振原理，利用勵磁變壓器激發(fā)串聯(lián)諧振回路，調(diào)節(jié)變頻控制器的輸出頻率，使回路電感L和被試驗設(shè)備的電容C串聯(lián)諧振，諧振電壓即為加到被測試設(shè)備上電壓的裝置。調(diào)頻串聯(lián)諧振交流耐壓試驗裝置工作原理如圖1所示。

380V交流電通過變頻電源VF轉(zhuǎn)換為可調(diào)節(jié)頻率及幅值的電壓，并通過變壓器T進行升壓后和電抗器L、電容分壓器CF（C1+C2）、被試驗設(shè)備的電容Cs組成串聯(lián)諧振回路，其等效電路圖如圖2所示。

其中諧振回路中各電氣量關(guān)系如下：

I= （式1）

式中：感抗XL=ωL；容抗XC= ；角頻率ω=2πf。

當施加的電源電壓U不變，且R、L、C都固定時，I隨著f而變化，當電源頻率為f0時，XL=XC時，電流有個極大值，即阻抗Z有個極小值Z=R。RLC串聯(lián)電路成為串聯(lián)諧振，f0成為諧振頻率，故：

f0= （式2）

這時諧振電路上的電感L與電容C上的電壓，由于XL=Xc，所以：

U =U ，UC=U ，U =Uc

諧振電路的品質(zhì)因數(shù)Q為諧振時電感（或電容）的電壓UL（或UC）與總電壓數(shù)值之比：

Q= = = = （式3）

可見諧振時，被試驗設(shè)備所加電壓為電源電壓的Q倍，當R遠小于XL或XC時，Q大于等于1，（Q一般在20～80之間），則電容兩端的電壓比電源電壓大很多倍。若在試驗過程中發(fā)生擊穿故障，諧振條件不被滿足，回路故障電流將瞬時下降很小，到試驗電流的的1/Q倍以下，對被測試設(shè)備的影響很小。實際工作中正利用特點對電氣設(shè)備進行交流耐壓試驗。

3 GIS的交流耐壓試驗

3.1 試驗接線及步驟

GIS的交流耐壓試驗接線方式如圖3所示（圖中僅為某一相），電容電壓即作為諧振電容，更主要是測量高壓側(cè)電壓。

GIS交流耐壓試驗分為兩個階段：①老練試驗，試驗電壓為設(shè)備的最高運行電壓，其目的是清除GIS內(nèi)部可能存在的導(dǎo)電微?；蛎?；②耐壓試驗，即在“老練凈化”過程結(jié)束后進行耐壓試驗。按南方電網(wǎng)公司印發(fā)《執(zhí)行GIS（HGIS）設(shè)備新技術(shù)規(guī)范的原則意見》即新56條，要求220kV及以下的GIS/HGIS現(xiàn)場耐壓試驗為出廠試驗的100%，500kVGIS/HGIS現(xiàn)場耐壓試驗為出廠試驗的90%，目前只有少數(shù)廠家按原技術(shù)合同現(xiàn)場耐壓按出廠值的80%進行，現(xiàn)場試驗視具體情況而定。

現(xiàn)場試驗一般采用老練15min，耐壓1min時序。耐壓試驗時間持續(xù)1min后電壓迅速將至為零，如無散落，擊穿放電，則認為整個GIS耐壓試驗通過。試驗后需對被試驗設(shè)備進行放電，測量絕緣電阻，耐壓試驗前后的絕緣電阻應(yīng)無明顯變化。對于間隔較多，設(shè)備容量不夠的情況下，可分段進行。從不同的地方加壓，保證每個主回路都進行耐壓試驗，斷路器和刀閘都要在合閘狀態(tài)下進行，盡量避免重疊，以免重復(fù)耐壓試驗。

3.2 交流耐壓試驗注意事項

對GIS主回路相對地及相間耐壓試驗，耐壓試驗前應(yīng)進行如下檢查：①其他常規(guī)高壓試驗及氣體試驗應(yīng)合格；②SF6氣壓處于正常位置；③斷開與GIS相鄰的外部連接線如電纜、架空線等；④斷開GIS避雷器及電磁式電壓互感器，它們可和主回路進行15min的老練試驗，頻率不能低于50Hz，防止電壓互感器磁飽和；⑤對于三相共體的GIS，非試驗相必須接地；⑥CT二次繞組必須全部短接并接地；⑦PT的大N及二次繞組的小n接地，防止PT二次短路；⑧合上試驗回路的斷路器，隔離開關(guān)；⑨耐壓試驗前，應(yīng)對試品測量絕緣電阻；⑩加壓前需對試驗接線，設(shè)備狀態(tài)、安全措施做重新確認檢查。

3.3 異常情況分析

據(jù)現(xiàn)場試驗統(tǒng)計表明，大概有10～20%的GIS在現(xiàn)場耐壓試驗中發(fā)生擊穿。這需判斷擊穿點，并通過分塊試驗、排除法、檢測擊穿聲音定位?，F(xiàn)在特高頻機超聲波定位更加精準，還可以診斷為擊穿盆子的絕緣缺陷。如果重復(fù)耐壓失敗，須將設(shè)備解體，打開放電間隔，仔細檢查絕緣損壞情況，處理完成后，再進行耐壓試驗。

4 結(jié)束語

交流耐壓試驗是GIS投運前必須進行的現(xiàn)場試驗項目，可有效的在制造或安裝過程中內(nèi)部殘留的雜質(zhì)微粒、絕緣損壞等異常缺陷，必須深入了解其試驗原理和試驗方法，以保障作業(yè)的安全性。

參考文獻

[1]周啟龍，劉恒赤，主編.高電壓技術(shù)[M].中國水利水電出版社，2004.

[2]劉安宏.GIS耐壓試驗問題的探討[J].科技傳播，2011（6）：196～197.

收稿日期：2018-3-23