GIS設(shè)備同頻同相耐壓試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)與抑制對(duì)策分析

摘要：GIS設(shè)備同頻耐壓試驗(yàn)是在擴(kuò)建或大修后，檢測器絕緣性能的有效方法。在GIS同頻同相耐壓試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備同頻同相交流耐壓試驗(yàn)導(dǎo)則》（下文簡稱《導(dǎo)則》）的規(guī)定及相應(yīng)的同頻同相耐壓試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，提出應(yīng)對(duì)GIS試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)的方法，通過改進(jìn)試驗(yàn)方法并且通過現(xiàn)場驗(yàn)證，有效提升了GIS設(shè)備同頻同相試驗(yàn)的有效性與可靠性，具有良好的經(jīng)濟(jì)效率和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：同頻同相? GIS設(shè)備? 耐壓試驗(yàn)? 抑制措施

Analysis of the risk and suppression countermeasures of GIS equipment

LIU Ding

（ State Grid Hunan Electric Power Co.， Ltd. Shaoyang Power Supply Branch， Shaoyang， Hunan Province， 422000 China ）

Abstract： The same-frequency voltage resistance test of GIS equipment is an effective method of detector insulation performance after expansion or overhaul.Based on the basis of GIS same-phase pressure test， this paper combines the provisions of the same-phase AC pressure test for gas insulated metal closed switchgear （hereinafter referred to as the Guidelines） and the corresponding experience of GIS test risk， and effectively improves the effectiveness and reliability of GIS equipment through improved test methods and field verification， with good economic efficiency and social benefits.

Key Words： Same frequency and same phase; GIS equipment; Pressure resistance test;Suppression measures

近年來，氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（Gas Insulated Switchgear， GIS）由于其具有占地面積小、集成度高、可靠性高等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代電網(wǎng)系統(tǒng)中。按照規(guī)定，在進(jìn)行高電壓等級(jí)GIS擴(kuò)建或大修后，需要對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，以對(duì)其安裝質(zhì)量、制造質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，確保其絕緣性能良好，消除制造和安裝環(huán)節(jié)存在的故障，保障GIS設(shè)備使用安全性。隨著電網(wǎng)發(fā)展，傳統(tǒng)的GIS耐壓試驗(yàn)存在一些問題，主要表現(xiàn)在GIS設(shè)備擴(kuò)建或大修間隔后，傳統(tǒng)試驗(yàn)方法容易擊穿隔離開關(guān)斷口，對(duì)原有設(shè)備造成危害，引發(fā)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。按照GIS現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)的相關(guān)規(guī)定，GIS現(xiàn)場試驗(yàn)必須停電并且可靠接地，但是會(huì)危及電網(wǎng)安全可靠性，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也會(huì)帶來不良社會(huì)影響。為了解決相應(yīng)的難題，在擴(kuò)建或檢修GIS后，能夠在不停電的情況下開展現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)。同頻同相耐壓試驗(yàn)可以用于檢測GIS設(shè)備耐壓情況，選擇以母線電壓互感二次電壓作為參考電壓，與試驗(yàn)電壓同頻同相的情況下，以此為基準(zhǔn)測試GIS設(shè)備的耐壓能力。本文結(jié)合《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備同頻同相交流耐壓試驗(yàn)導(dǎo)則》（下文簡稱《導(dǎo)則》）的規(guī)定及相應(yīng)的同頻同相耐壓試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，提出了一種GIS同頻同相耐壓試驗(yàn)方法，能夠在母線不停電的情況下開展現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)，對(duì)于未來試驗(yàn)具有參考價(jià)值，也能夠保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 試驗(yàn)方法原理

1.1 傳統(tǒng)耐壓試驗(yàn)

傳統(tǒng)的耐壓試驗(yàn)方法，試驗(yàn)的電壓頻率和相位與運(yùn)行電壓和相位均有所不同。在GIS擴(kuò)建或大修之后，通過測試試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓的差值，得到母線側(cè)隔離開關(guān)斷口的電壓，并且以此評(píng)估GIS耐壓情況[1]。但是在試驗(yàn)過程中，變頻串聯(lián)諧振耐壓下，容易出現(xiàn)試驗(yàn)電壓和母線電壓相位相差180°的情況，此時(shí)的母線側(cè)隔離開關(guān)斷口的電壓應(yīng)該是測試電壓和運(yùn)行電壓之和。如果依然用傳統(tǒng)的耐壓試驗(yàn)進(jìn)行測量，容易導(dǎo)致母線側(cè)隔離開關(guān)高于擊穿電壓，從而導(dǎo)致開關(guān)斷口絕緣擊穿，引發(fā)母線短路，危及電網(wǎng)設(shè)備[2]。

1.2 同頻同相耐壓試驗(yàn)

同頻同相耐壓試驗(yàn)是以相鄰設(shè)備的運(yùn)行電壓作為參考電壓，如相鄰線路或母線電壓互感器的二次電壓。對(duì)運(yùn)行電壓和試驗(yàn)電壓的相位和頻率進(jìn)行跟蹤，了解試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓的相率和頻率。通過軟件鎖相環(huán)技術(shù)，輸出一個(gè)與試驗(yàn)點(diǎn)頻率相同、相位一致的電壓信號(hào)，并且對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，利用串聯(lián)諧振裝置產(chǎn)生與運(yùn)行電壓相位和頻率一致的試驗(yàn)電壓，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)行電壓和試驗(yàn)電壓的同頻同相?，F(xiàn)場不停電的條件下，試驗(yàn)電壓與運(yùn)行電壓同頻同相，對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，母線側(cè)隔離開關(guān)斷口電壓計(jì)算相對(duì)簡單，降低設(shè)備擊穿風(fēng)險(xiǎn)，確保耐壓試驗(yàn)?zāi)軌驇щ娺M(jìn)行，避免危害電網(wǎng)運(yùn)行[3]，如圖1所示。

1.3 試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成

GIS同頻同相交流耐壓試驗(yàn)主要由同頻同相試驗(yàn)電源、同頻同相控制箱、試驗(yàn)變壓器、保護(hù)電阻等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。通過試驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)同頻同相，具體的試驗(yàn)系統(tǒng)和功能如下。（1）同頻同相控制箱，該裝置是試驗(yàn)系統(tǒng)的核心元件，可以對(duì)運(yùn)行電壓和試驗(yàn)電壓進(jìn)行跟蹤，并且開展條件，確保試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓同頻同相，同時(shí)該裝置具有高壓閃絡(luò)保護(hù)和高壓過電壓保護(hù)功能。（2）同頻同相電源，主要用于初級(jí)信號(hào)的功率方法，從而形成大功率輸出電壓。（3）試驗(yàn)變壓器，對(duì)電源電壓進(jìn)行偏壓控制，使其與試驗(yàn)電壓相匹配，額定頻率為50Hz。（4）保護(hù)電阻器，串接于試驗(yàn)變壓器的高壓輸出端，用于限制過電壓，從而減少短路風(fēng)險(xiǎn)。

2 現(xiàn)場應(yīng)用與試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)

以110kV變電站作為試點(diǎn)，以此分析其應(yīng)用情況以及試驗(yàn)存在的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 試驗(yàn)流程

以110kV變電站為試驗(yàn)變電站，經(jīng)過擴(kuò)建后，變電站的所有開關(guān)場均采用GIS組合電氣設(shè)備，具備耐壓試驗(yàn)的條件。在不停電的情況下，開展GIS同頻同相耐壓試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)流程如下。（1）開關(guān)操作，斷開新建間隔接地開關(guān)，斷開新建間隔和運(yùn)行母線的隔離開關(guān)，合上新建間隔斷路器和線路側(cè)隔離開關(guān)。（2）試驗(yàn)接線，從運(yùn)行母線的電壓互感器二次端子得到參考電壓，連接試驗(yàn)回路，測試試驗(yàn)側(cè)分壓器得到試驗(yàn)電壓。（3）同頻同相控制，在對(duì)同頻同相裝置進(jìn)行檢查，確保所有元件均運(yùn)行正常后，開展同頻同相操作，輸出同頻同相電壓;升壓后調(diào)節(jié)電抗器，使回路處于諧振狀態(tài)。（4）耐壓測試，從0開始升壓，升壓直到80kV后耐壓10min;再次從0開始升壓直到73kV停留5min;再次從0開始升壓直到184kV停留1min，評(píng)估耐壓情況。

2.2 耐壓試驗(yàn)分析

通過耐壓試驗(yàn)操作，可以從運(yùn)行設(shè)備和間隔兩個(gè)部分進(jìn)行分析。在運(yùn)行后可知，通過30min充電試驗(yàn)，可以保護(hù)站內(nèi)設(shè)備絕緣合格，運(yùn)行電壓下不會(huì)發(fā)生擊穿風(fēng)險(xiǎn)，利用同電源和異電源的核相試驗(yàn)，可以保證線路連接正常，不會(huì)出現(xiàn)設(shè)備相別連接錯(cuò)誤。采用帶負(fù)荷校驗(yàn)，可以確定設(shè)備保護(hù)裝配正確[4]。

2.3 試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)

從試驗(yàn)情況來看，同頻同相耐壓試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)如下。（1）擊穿風(fēng)險(xiǎn)，在實(shí)驗(yàn)過程中，過電壓引發(fā)母線隔離開關(guān)放電擊穿風(fēng)險(xiǎn)，將會(huì)產(chǎn)生連續(xù)放電等問題，危害電網(wǎng)運(yùn)行，造成一系列的破壞。（2）調(diào)控要求高，同頻同相是整個(gè)試驗(yàn)的關(guān)鍵，為了確保試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓相別一致，需要控制電壓，但是當(dāng)試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓相差120°以上時(shí)，隔離開關(guān)斷口承壓如圖2所示，將有可能導(dǎo)致隔離開關(guān)電壓過高，造成母線側(cè)隔離開關(guān)放電擊穿。

3 同頻同相耐壓試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)抑制對(duì)策

針對(duì)試驗(yàn)過程的風(fēng)險(xiǎn)，需要采取有效的方式進(jìn)行管控，以此降低試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，確保試驗(yàn)過程安全可靠。

3.1 調(diào)整變電站運(yùn)行方式

為了應(yīng)對(duì)試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，需要轉(zhuǎn)移變電站負(fù)荷，從而降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。雙母線接線的變電站，為了降低耐壓試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，需要均勻分布負(fù)荷，將母聯(lián)開關(guān)設(shè)置在運(yùn)行位置，可以避免因?yàn)檫^電壓擊穿開關(guān)。因此在開展GIS同頻同相耐壓試驗(yàn)前，需要與調(diào)度部門進(jìn)行聯(lián)系，對(duì)變電站進(jìn)行必要的調(diào)整后，再開展耐壓試驗(yàn)[5]。

3.2 設(shè)備檢查

同頻同相耐壓試驗(yàn)開展前，需要進(jìn)行必要的檢查，具體包括如下幾點(diǎn)。（1）母線側(cè)隔離開關(guān)絕緣檢查，耐壓試驗(yàn)主要是通過母線側(cè)隔離開關(guān)斷開，其絕緣狀態(tài)對(duì)于檢測影響明顯，因此需要對(duì)其開關(guān)室壓力和含水量檢測，確保絕緣良好，才能開始試驗(yàn)[6]。（2）母線側(cè)隔離開關(guān)分合位置檢測，耐壓試驗(yàn)前，對(duì)開關(guān)分合位置進(jìn)行檢測，確保分閘標(biāo)識(shí)準(zhǔn)確，可選用可視化技術(shù)開展檢測，確保分閘到位。（3）一次加壓回路相別確認(rèn)，GIS變電站通常以電纜出現(xiàn)，沒有出線套管，因此需要安裝試驗(yàn)套管，對(duì)套管和主回路連接進(jìn)行檢測后，確認(rèn)一次加壓回路相別，在進(jìn)行導(dǎo)通測試后，確保相別正確，然后開始進(jìn)行同頻同相耐壓試驗(yàn)測試[7]。

3.3 監(jiān)視與調(diào)控電壓

同頻同相耐壓試驗(yàn)必須要對(duì)電壓頻率、相位、母線側(cè)隔離開關(guān)局部放電水平和絕緣狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，具體檢測內(nèi)容如下。（1）電壓頻率和相位，同頻同相是整個(gè)試驗(yàn)的關(guān)鍵，為了確保輸出試驗(yàn)電壓頻率和相位和運(yùn)行電壓相同，需要監(jiān)測運(yùn)行電壓情況，如果出現(xiàn)偏差應(yīng)該停止試驗(yàn)，查明原因后繼續(xù)試驗(yàn)。（2）母線隔離開關(guān)檢測，耐壓試驗(yàn)中，容易發(fā)生局部放電，引發(fā)電氣分解，需要對(duì)母線側(cè)隔離開關(guān)的放電水平、絕緣狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)信號(hào)異常，應(yīng)該及時(shí)停止試驗(yàn)，查明原因后繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。經(jīng)過耐壓試驗(yàn)，表明GIS設(shè)備絕緣良好后，才能投入使用。

4 結(jié)語

綜上所述，同頻同相耐壓試驗(yàn)可在電網(wǎng)運(yùn)行的情況下，開展GIS性能測試，從而為擴(kuò)建或大修后的GIS設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行檢測，確保絕緣良好后才能投入使用。本文提出了一種同頻同相耐壓試驗(yàn)方法，通過對(duì)110kV變電站的GIS進(jìn)行測試，測試表明該方法可行性高，但是依然具備一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此在同頻同相耐壓試驗(yàn)前，需要改變變電站運(yùn)行方式、檢測母線側(cè)隔離開關(guān)狀態(tài)，為耐壓試驗(yàn)做好準(zhǔn)備，并且在試驗(yàn)中加強(qiáng)監(jiān)測，在完成耐壓試驗(yàn)后，才能投入使用。

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作者簡介：劉定（1990—），男，工程師，本科，研究方向?yàn)殡姎庠囼?yàn)工作。