探究感應(yīng)電源在洞內(nèi)GIS 耐壓試驗(yàn)中的應(yīng)用

王 浩

（廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510610）

目前國內(nèi)大多數(shù)抽水蓄能電站為地下式廠房，電氣設(shè)備布置連接一般為：通過在地下母線洞布置洞內(nèi)GIS 來連接主變高壓側(cè)和高壓電纜，主變低壓側(cè)連接發(fā)電機(jī)出口母線，高壓電纜則通過斜洞連接地面開關(guān)站設(shè)備。根據(jù)電氣設(shè)備交接試驗(yàn)規(guī)范要求，在電氣設(shè)備安裝完成后，為檢查安裝的絕緣性能是否完好、運(yùn)輸及安裝過程中設(shè)備是否有損壞，需進(jìn)行現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)。耐壓試驗(yàn)過程中的試驗(yàn)電源一般有三種選擇：①選擇常規(guī)的試驗(yàn)變壓器加壓；②用串聯(lián)諧振裝置作為交流電源；③利用電壓互感器高壓側(cè)感應(yīng)出電壓作為試驗(yàn)電源。一般來說第一種試驗(yàn)電源常用在廠用電設(shè)備耐壓試驗(yàn)過程中，第二種常用在35 kV 及以上電氣設(shè)備耐壓試驗(yàn)過程中，第三種則使用較少，一般在特殊特定的作業(yè)環(huán)境下使用。本文結(jié)合海南抽水蓄能電站洞內(nèi)GIS 耐壓試驗(yàn)過程，對第三種方法進(jìn)行探究［1]。

1 選擇感應(yīng)電壓作為試驗(yàn)電源的理由

（1）海南瓊中抽水蓄能電站位于海南省瓊中縣，氣候潮濕，且在GIS 安裝過程洞內(nèi)為土建裝修和機(jī)電安裝交接時段，氣體粉塵較嚴(yán)重。因此檢查設(shè)備安裝后的絕緣性能尤為重要。

（2）在建設(shè)過程中因土建交接面復(fù)雜，出現(xiàn)工作面不足情況，現(xiàn)場進(jìn)行了多次倒運(yùn)。為檢查該電站洞內(nèi)GIS 元件在運(yùn)輸?shù)惯\(yùn)過程中是否因機(jī)械振動、撞擊而造成內(nèi)部緊固件松動或相對位移等缺陷，耐壓試驗(yàn)也尤為重要。

（3）本電站洞內(nèi)GIS 未預(yù)留直接加壓接入點(diǎn)，無法利用高壓引線接通被試驗(yàn)GIS，而利用試驗(yàn)變壓器和串聯(lián)諧振裝置作為試驗(yàn)電源時，均需通過高壓引線與被試品接通，因此選擇感應(yīng)電壓作為試驗(yàn)電源。

（4）本電站洞內(nèi)GIS 額定電壓為252 kV，試驗(yàn)電壓根據(jù)規(guī)范要求：按出廠試驗(yàn)電壓的80%進(jìn)行，即為460×0.8=368 kV；試驗(yàn)電壓的安全距離為4.2 m，而根據(jù)海蓄電站洞內(nèi)GIS 廊道布置：與220 kV 高壓電纜支架水平距離為3.5 m，若利于高壓引線連接時，安全距離不滿足要求，因此決定選擇感應(yīng)電壓作為試驗(yàn)電源［2]。

2 感應(yīng)電壓試驗(yàn)設(shè)備的選擇

（1）本電站洞內(nèi)GIS 設(shè)備自身無配置電壓互感器，因此試驗(yàn)電源選擇為廠家提供與GIS 配套的500 kV 封閉式電壓互感器，即/0.2/0.2 kV，在被試設(shè)備設(shè)計(jì)制造過程中預(yù)留了接入試驗(yàn)界面。

（2）在利于電壓互感器感應(yīng)高壓作為試驗(yàn)電源時，互感器鐵芯易飽和，因此在試驗(yàn)過程中通過調(diào)整電壓頻率來調(diào)整鐵芯飽和，本次試驗(yàn)過程中選擇了分體式倍頻耐壓電源。

（3）為試驗(yàn)前后檢查設(shè)備的絕緣強(qiáng)度是否有明顯變化，選擇絕緣電阻測試儀1 臺。

3 感應(yīng)耐壓試驗(yàn)原理分析

該抽水蓄能電站洞內(nèi)GIS 耐壓試驗(yàn)選擇的試驗(yàn)方法為：將500 kV 封閉式電壓互感器高壓端裝入GIS 預(yù)留的界面與GIS主導(dǎo)體連接，并充SF6 氣體靜置、檢測并達(dá)到規(guī)定要求。利用分體式倍頻電源輸入電壓互感器二次繞組，在一次側(cè)感應(yīng)出高電壓，從而對洞內(nèi)GIS 主回路進(jìn)行感應(yīng)耐壓試驗(yàn)。洞內(nèi)GIS 耐壓一次接線見圖1。

圖1 洞內(nèi)GIS 耐壓一次接線示意圖

試驗(yàn)電壓則是通過電壓互感器高壓側(cè)感應(yīng)出電壓來試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓互感器的原理為：互感器的低壓側(cè)是由2 個繞組串聯(lián)變成一個繞組，相當(dāng)于將試驗(yàn)電壓互感器變成了一個高壓側(cè)電壓為kV，低壓側(cè)電壓為400 V 的試驗(yàn)變壓器，廠家給出的額定匝數(shù)比為721.7，在互感器的低壓側(cè)加電壓時，加在GIS 母線的電壓由兩部分構(gòu)成，一部分是由互感器上高低壓繞組感應(yīng)的高壓側(cè)電壓Up，其數(shù)值為低壓側(cè)所加電壓乘以匝數(shù)比；第二部分是試驗(yàn)過程中的容性電流在互感器漏電抗上感應(yīng)的電抗電壓UL，因?yàn)殡娍闺妷篣L與試品GIS 上的電容電壓Uc方向正好相差90°，因此加在GIS 母線對地之間電容上的試驗(yàn)電壓為：Uc=Up+UL［3]。

由于試驗(yàn)電壓互感器的漏抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其直流電阻，可忽略不計(jì)，因此最終的試驗(yàn)電壓為：Uc=Up+UL=Us×721.7+Ip×L。其中Us為試驗(yàn)互感器的輸入電壓，Ip為試驗(yàn)互感器的高壓側(cè)電流，Ip=Is/721.7，其中Is為試驗(yàn)互感器的輸入電流，根據(jù)廠家資料顯示：試驗(yàn)互感器的電抗值在50 Hz 下的設(shè)計(jì)值為L=1.28 MΩ，總漏電抗=ωL，可根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)頻率下算出。

因?yàn)楸敬文蛪涸囼?yàn)為感應(yīng)電壓作為電源，試驗(yàn)電壓互感器在試驗(yàn)中容易出現(xiàn)磁通飽和，高壓側(cè)電壓UP將會失真，因此在試驗(yàn)過程中應(yīng)注意監(jiān)視電流增大與電壓升高的速度關(guān)系。若出現(xiàn)電壓升高一點(diǎn)，電流相對增加較多時，則可能磁通已飽和，需要采取措施：變換試驗(yàn)頻率。為保證選擇合適的試驗(yàn)頻率，保證試驗(yàn)試驗(yàn)順利進(jìn)行，海蓄電站建設(shè)單位討論決定：在進(jìn)行正式試驗(yàn)之前選擇第一臺GIS 的C 相做預(yù)試驗(yàn)［4]。

通過預(yù)試驗(yàn)不斷調(diào)整頻率，尋找到最佳頻率為32 Hz，可折算出試驗(yàn)電抗值為824 kΩ，試驗(yàn)過程中讀出的數(shù)據(jù)為：Us=374.9 V，Is=82.8 A。

復(fù)核試驗(yàn)電壓計(jì)算：Uc=721.7×374.9+（82.8/721.7）×824000=368 kV，滿足耐壓試驗(yàn)電壓要求。

4 感應(yīng)耐壓試驗(yàn)過程

4.1 試驗(yàn)前條件確認(rèn)

①洞內(nèi)環(huán)境溫度及相對濕度滿足試驗(yàn)要求。②現(xiàn)場提供電流不小于100 A 的380 V 三相電源以及電流不小于25 A 的220 V 單相電源。③被試驗(yàn)GIS 已全部安裝完畢，已完成主回路導(dǎo)電阻測試、密封性試驗(yàn)、SF6 氣體含水量測量、封閉式組合電器內(nèi)各元件的調(diào)試、開關(guān)類設(shè)備操動試驗(yàn)、氣體密度繼電器、壓力表和壓力動作閥的檢查等除互感器精度試驗(yàn)外的所有常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目，并全部合格。被試GIS 各氣室氣體壓力在設(shè)備技術(shù)規(guī)定范圍內(nèi)。④現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)前被試部分所有電流互感器的二次繞組應(yīng)可靠短路接地，GIS 的所有非試驗(yàn)部分應(yīng)可靠接地，本間隔與220 kV 電纜未連接，與主變高壓套管的導(dǎo)電桿未連接。

4.2 試驗(yàn)步驟

①試驗(yàn)前做好試驗(yàn)區(qū)域安全圍擋，技術(shù)安全交底等準(zhǔn)備工作。②按已批準(zhǔn)的試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)備組裝及接線，確認(rèn)無誤后開始試驗(yàn)。③耐壓試驗(yàn)前，首先測量被試相GIS 絕緣電阻值，絕緣電阻值應(yīng)無異常。否則需查找原因并消除，待絕緣電阻值滿足規(guī)范要求后方可繼續(xù)試驗(yàn)。④接通試驗(yàn)電源，操作人員正確設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)及保護(hù)參數(shù)；通過調(diào)節(jié)諧波，找出諧振頻率，然后開始緩慢升壓。⑤升壓過程中應(yīng)嚴(yán)格按照加壓程序進(jìn)行調(diào)壓操作：零起升壓至127 kV 停留15 min，進(jìn)行被試設(shè)備的老練試驗(yàn)，到達(dá)降低甚至消除被試設(shè)備內(nèi)毛刺、微粒以及塵埃的危害性；然后升至運(yùn)行電壓252 kV 停留3 min，再升至試驗(yàn)電壓368 kV 停留1 min。試驗(yàn)完后電壓降至0 并充分放電。試驗(yàn)過程中操作人員及時報(bào)告當(dāng)前試驗(yàn)電壓值，各區(qū)域監(jiān)視人員應(yīng)密切注意試驗(yàn)狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)實(shí)時報(bào)告，做好記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。⑥拆除倍頻電源與試驗(yàn)電壓互感器的連線，合上快速接地開關(guān)接刀，并解開地刀與地的接地排，再次測量被試相GIS 絕緣電阻值，絕緣電阻與耐壓前相比應(yīng)無明顯降低。⑦試驗(yàn)結(jié)束后，清理試驗(yàn)現(xiàn)場，拆除所有試驗(yàn)設(shè)備；恢復(fù)現(xiàn)場所有的臨時措施，設(shè)備狀態(tài)恢復(fù)到試驗(yàn)前狀態(tài)［5]。

5 感應(yīng)耐壓試驗(yàn)結(jié)果

本次洞內(nèi)GIS 三相母線耐壓試驗(yàn)過程中設(shè)備無擊穿放電，無異常聲響，試驗(yàn)前后設(shè)備絕緣電阻值無明顯變化，符合相關(guān)規(guī)范要求，洞內(nèi)GIS 三相母線通過耐壓試驗(yàn)。

6 結(jié)語

海南抽水蓄能電站洞內(nèi)GIS 耐壓試驗(yàn)選擇利用外加電壓互感器作為試驗(yàn)電源，檢驗(yàn)設(shè)備安裝質(zhì)量和絕緣性能，經(jīng)過兩年的運(yùn)行，設(shè)備并無異?，F(xiàn)象，證明了感應(yīng)耐壓試驗(yàn)應(yīng)用的成功。但選擇感應(yīng)電源作為試驗(yàn)電源時應(yīng)綜合考慮設(shè)備的設(shè)計(jì)、布置、經(jīng)濟(jì)等多方面因素，在保證試驗(yàn)安全的前提下，確保試品和被試品的不被損壞也是十分重要的，本文通過對感應(yīng)電源在洞內(nèi)GIS 耐壓試驗(yàn)中的應(yīng)用探究，可為讀者在遇到類似情況提供參考，有改進(jìn)之處敬請指正。