調(diào)頻式串聯(lián)諧振設備進行GIS耐壓的試驗方法

王漫君

【摘 要】論文通過介紹調(diào)頻式串聯(lián)諧振設備在GIS耐壓中應用，總結(jié)現(xiàn)場的工作準備、設備選擇、試驗步驟和加壓過程的規(guī)范做法，在工程實例中通過試驗前計算合理選擇設備，并在現(xiàn)場測量試驗數(shù)據(jù)中加以驗證，對GIS耐壓在現(xiàn)場的實施具有重要的指導意義。

【Abstract】This paper introduces the application of FM series resonant equipment in GIS pressure， summarizes the site work preparation， equipment selection， test steps and the standard practice of pressurization process. In the engineering example， it is important to guide the selection of the equipment before the test and verify it in the field measurement test data， which has important guiding significance for the implementation of the GIS voltage in the field.

【關鍵詞】串聯(lián)諧振；GIS耐壓；試驗方法；工程驗證

【Keywords】series resonance； GIS withstand voltage； test method； engineering verification

【中圖分類號】TM645 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）12-0191-02

1 引言

GIS是氣體絕緣金屬封閉開關設備的簡稱，現(xiàn)已廣泛應用于電網(wǎng)各電壓等級的系統(tǒng)中。GIS耐壓試驗是檢驗其絕緣水平的主要方法，也是發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部異常的最有效手段。由于調(diào)頻式串聯(lián)諧振設備體積小、質(zhì)量輕、使用方便，已成為耐壓試驗的首選。耐壓試驗屬于大型試驗、高壓試驗、破壞性試驗，現(xiàn)場實施難度大、風險高、問題復雜。常常由于設備選用不當和方法不當導致電壓加不上去，或由于檢查不到位導致各種非設備本身原因的放電而損壞設備。

2 調(diào)頻式串聯(lián)諧振的原理

GIS交流耐壓按規(guī)程規(guī)定試驗電壓的頻率可在30～300Hz范圍內(nèi)。GIS內(nèi)部為同軸圓柱體型稍不均勻場電場結(jié)構(gòu)，施加交流電壓時，對外表現(xiàn)為電容性，可以用集中電容來等效。試驗時采用電感量固定的試驗電抗器與試品串聯(lián)，通過在較寬頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)變頻器的輸出，從而使回路達到諧振狀態(tài)，繼而調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出電壓在試品上產(chǎn)生所需電壓。其原理就是RLC串聯(lián)諧振，如圖1所示。

諧振時，ωL=■，而ω=2πf，

回路的固有頻率： f=■ ①

回路的品質(zhì)因素： Q=■=■=■=■=■ ②

因此能通過較低的輸出電壓在試品上產(chǎn)生很高的電壓，品質(zhì)因素Q正是試品電壓與輸出電壓的比值。

3 耐壓試驗的現(xiàn)場實施方法

試驗前要選擇合適的試驗設備，設備主要由變頻電源、勵磁變、試驗電抗器和電容分壓器組成。根據(jù)GIS耐壓電壓和對地電容來選擇，也要視現(xiàn)有試驗設備的情況而定。應在滿足試驗足夠容量和電壓下盡量采用小設備以便現(xiàn)場安裝，因此試驗前的計算尤為重要。

3.1 加壓前的狀態(tài)檢查

加壓前要確認現(xiàn)場的工作完成情況及狀態(tài)。主要有：①被試GIS設備的常規(guī)試驗已經(jīng)全部完成并合格，各設備元件試驗，主回路電阻測量等。②SF6氣體密封性試驗和含水量測量。③設備的安裝已完畢，外殼接地銅排已接好。④SF6氣體閥門已全部打開，密度保持在正常壓力。⑤解開GIS設備出線套管的導線，保持足夠的絕緣距離并接地。⑥電流互感器的二次繞組已短接并接地。⑦電壓互感器電壓二次空開已斷開。⑧待試設備刀閘、開關在合位，接地刀閘在分位，注意檢查備用間隔。

3.2 試驗步驟

試驗前應到現(xiàn)場了解現(xiàn)場設備的布置，試驗設備的擺放位置和行車路線，現(xiàn)場是否有所需容量的試驗電源等，同時測量試品電容值。

試驗設備到現(xiàn)場進行卸車和安裝，然后進行接線。加壓前狀態(tài)檢查后開始試驗，主要的步驟有：①檢查試驗回路所有接線正確，測量儀表正常。②測量試品的絕緣電阻。③合上試驗電源，進行調(diào)諧，注意高壓輸出電壓不得過高。④加壓升至老練電壓并保持一定時間。⑤逐步加壓至耐壓值，保持一分鐘，無放電即耐壓通過。⑥降壓至1.1倍額定電壓，進行局部放電測量，測試完畢，降壓至零。⑦斷開試驗電源，高壓端放電并掛接地線。⑧取下接地線后測量試品絕緣電阻并做好記錄[1]。

4 工程實例

某220kVGIS為戶外式設備，雙母雙分段接線，現(xiàn)場分相依次進行耐壓。以下以1、2母線A相耐壓為例。GIS規(guī)模：7個線路、主變間隔，2個母線PT間隔，1個母聯(lián)間隔，2個分段間隔，其中PT不進行耐壓，PT刀閘在分開位置。

4.1 測量試品電容及確定耐壓試驗電壓

采用介損儀實測試品電容為16.51nF。耐壓電壓值按《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》的要求為出廠耐壓值的80%，即460kV×80%=368kV，但現(xiàn)在電網(wǎng)公司對新的GIS設備一般要求按出廠耐壓值100%進行。在此仍按交接試驗標準進行[2]。

4.2 設備選擇及理論計算

根據(jù)現(xiàn)場試品及公司試驗設備情況，擬采用耐壓設備參數(shù)如表1所示。

表1 耐壓試驗設備參數(shù)

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試驗電抗、分壓器采用兩節(jié)串聯(lián)可滿足電壓要求。此時，回路電抗值為266H；分壓器電容值為1.5nF，則回路總電容C=16.51+1.5=18.01nF。endprint

諧振時，由式① f=■=■=72.75 Hz；理想狀態(tài)下，高壓回路電流I=UωC=368000×2×3.14×72.75×18.01×10-9=3.03A

設備電流6A能滿足要求。勵磁變高壓側(cè)4個繞組串聯(lián)，則輸出電壓為20kV。需要回路的品質(zhì)因數(shù)Q>368kV/20kV=18.4，根據(jù)經(jīng)驗該套設備進行GIS耐壓時的Q值一般大于20?？梢?，選用該套設備能夠滿足要求并有一定的裕度。

4.3 加壓程序

根據(jù)《氣體絕緣金屬封閉開關設備現(xiàn)場耐壓及絕緣試驗導則》規(guī)定，老練試驗時，施加電壓與時間段關系可從以下四個方案中選擇或同廠家商定，現(xiàn)場采用方案3加壓程序，即Um/■下5min→Um下3min→Uf下1min。設備額定電壓Um為252kV，Um/■=145kV，局放試驗在1.1倍Um/■即159kV下進行[3]。整個加壓過程如圖2所示。

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圖2 耐壓加壓程序

加壓前進行調(diào)頻，先輸出小功率，自動調(diào)頻后手動微調(diào)，頻率為72Hz，與計算結(jié)果相符。再加壓至老練電壓以燒掉細小的微?；螂姌O上的毛刺、附著的塵埃等。最后再加壓至耐壓值368kV，此時，實測電壓371.2kV，電源功率顯示14%，測量高壓電流為3.09A。一分鐘后降壓至159kV進行局放試驗。

4.4 試驗結(jié)果與分析

現(xiàn)場無擊穿放電，GIS耐壓通過。無功Q=Uc*I=371.2×3.09=1147kVar。電源有功輸出P=300kW×14%=42kW，由式②，品質(zhì)因數(shù)Q=Q/P=1147/42=27.31。

可見，實測數(shù)據(jù)與計算一致，諧振頻率的小偏差是由于實際試驗的雜散電容引起的，同時由于實際試驗電壓略高于計算值，實測高壓電流也就大一點點?？梢姡嬎惴椒?、設備選擇及試驗方法正確。品質(zhì)因數(shù)不高，主要是有功損耗過大，一般可通過高壓連接線加裝波紋管，電抗器、分壓器加裝均壓環(huán)等措施來提高。

5 結(jié)論

GIS耐壓試驗是GIS設備是否具備投產(chǎn)條件的最重要環(huán)節(jié)，試驗前要詳細查看現(xiàn)場情況，做好相關準備，同時進行相關計算和設備選擇，制定符合現(xiàn)場實際和規(guī)程要求的施工方案，在試驗中，嚴格按照規(guī)程加壓、判斷和處理，同時測量數(shù)據(jù)進行Q值計算和驗證。

【參考文獻】

【1】溫定筠，張秀斌，孫亞明，等.GIS交流耐壓試驗原理與裝置[J].電氣技術(shù)，2014（10）：108-109+113.

【2】GB50150-2016 電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準[S].

【3】DL/T555-2004 氣體絕緣金屬封閉開關設備現(xiàn)場耐壓及絕緣試驗導則[S].endprint