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淺談GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)

1.引言

中國電網(wǎng)公司上海供電公司220kV王華變于2012年建成，局工程部擬定于2015年12月將其投入運(yùn)行。由于1號(hào)主變?cè)诮ǔ沙跗谖催M(jìn)行GIS（氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備）現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)，加之未投運(yùn)以達(dá)三年時(shí)間，所以，貴州送變電工程公司在2015年11月25日對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行了現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)。

2.交流耐壓試驗(yàn)的目的

GIS交流耐壓試驗(yàn)是檢驗(yàn)GIS設(shè)備絕緣性能的重要試驗(yàn)之一,它對(duì)反應(yīng)設(shè)備在制造及安裝過程中可能的絕緣缺陷直觀靈敏。

GIS設(shè)備大多是散件運(yùn)抵現(xiàn)場后進(jìn)行組裝充氣, 如果在運(yùn)輸中內(nèi)部零件有移位或安裝中內(nèi)部有殘余雜物, 將改變?cè)O(shè)計(jì)的電場分布。為檢查總體裝配的絕緣性能是否良好, 以防止意外因素導(dǎo)致的內(nèi)部故障, 應(yīng)進(jìn)行安裝后的現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)。

3.交流耐壓試驗(yàn)的方法

GIS耐壓試驗(yàn)一般有三種方法，即利用工頻高壓試驗(yàn)變壓器進(jìn)行試驗(yàn)，采用電抗器并聯(lián)補(bǔ)償進(jìn)行試驗(yàn)，采用串聯(lián)諧振裝置進(jìn)行試驗(yàn)。其中串聯(lián)諧振裝置又分為調(diào)感式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置和調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置。此次試驗(yàn)采用的就是調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置。這套裝置體積小、質(zhì)量輕、使用方便，得到了試驗(yàn)技術(shù)人員的普遍認(rèn)可。但由于試驗(yàn)頻率是可調(diào)的,這與工頻試驗(yàn)還是有區(qū)別的,通過相關(guān)理論和研究可知,頻率對(duì)氣體擊穿電壓的影響主要有:①在均勻電場中,300 Hz 以下的頻率對(duì)SF6 氣體擊穿電壓的影響是甚微的。在稍不均勻電場中,隨著電壓頻率的變化,擊穿電壓有較大的變化。②在極不均勻電場中,當(dāng)SF6 氣體的密度大于0. 4 MPa 的情況下,交流電壓的頻率在數(shù)百Hz以內(nèi),擊穿電壓值基本不隨頻率的變化而變化。③在電場中存在導(dǎo)電微粒時(shí),在一定的電壓下,微粒的跳動(dòng)高度與電壓的頻率有關(guān),頻率低,跳得高,頻率高,微粒在電場的作用下產(chǎn)生的加速運(yùn)動(dòng)尚未達(dá)到較高的速度時(shí),電場方向使微粒改變運(yùn)動(dòng)方向,因而達(dá)不到一定的高度。當(dāng)頻率上升到一定數(shù)值,微粒難以穿越氣隙時(shí),使擊穿電壓偏高。試驗(yàn)頻率的選擇對(duì)耐壓的效果是有影響的,但影響不大, IEC517和GB7674-2008 均認(rèn)為試驗(yàn)電壓頻率在10～300 Hz范圍內(nèi)與工頻電壓試驗(yàn)基本等效,所以《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場交接試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定,試驗(yàn)電壓的頻率一般在10～300 Hz 的范圍內(nèi)。

4.調(diào)頻式串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置簡介：

4.1 裝置原理

　發(fā)生串聯(lián)諧振的基本原理是：在R-L-C電路中由電工知識(shí)得到：Uc=I/ωC,UL=I*ωL，UR=I*R，U=Uc+UL+UR，當(dāng)LRC串聯(lián)回路中的感抗與試品容抗相等時(shí)，電感中的磁場能量與試品電容中的電場能量相互補(bǔ)償，試品所需的無功功率全部由電抗器供給，電源只提供回路的有功損耗。電源電壓與諧振回路電流同相位，電感上的電壓降與電容上的壓降大小相等，相位相反。由圖1 可知，當(dāng) ωL=1/ωc，回路的諧振頻率 f=1/2π√LC，也就是說，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，電源提供很小的勵(lì)磁電壓，試品上就能得到很高的電壓,電源頻率為諧振頻率。

4.2 裝置特點(diǎn)：

利用串聯(lián)諧振原理在回路中產(chǎn)生高電壓,一般頻率為10~300Hz。串聯(lián)諧振高壓發(fā)生器原理VF：變頻控制器 L1：高壓電抗器 Cx：試品 T1：勵(lì)磁變壓器 C1、C2：電容分壓器

當(dāng)電源頻率(f)、電感(L)及被試設(shè)備電容(C)滿足下式時(shí)回路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)。此時(shí)：f=1/2π√LC，回路中電流為I= US /R,被試設(shè)備電壓為UC =I/ωC，輸出電壓與勵(lì)磁電壓之比為試驗(yàn)回路的品質(zhì)因數(shù)：Q= UC/US=1/ωCR，由于試驗(yàn)回路中電阻R很小，故試驗(yàn)回路品質(zhì)因數(shù)很大。一般情況下在30-50之間，即輸出電壓可達(dá)到勵(lì)磁電壓的50倍，因此用較低容量的試驗(yàn)變壓器就能得到較高的試驗(yàn)電壓。這樣就解決了在一般的交流耐壓試驗(yàn)中試驗(yàn)變壓器容量不能滿足試驗(yàn)要求的問題。而此時(shí)電容量與電感的關(guān)系為ωL=1/ωC，因?yàn)閷?duì)某個(gè)試品而言，電容量是固有的，試驗(yàn)用可調(diào)電感的價(jià)格也非常昂貴，因此解決問題的途徑就引到了改變電源頻率回路的諧振頻率，在初始電壓下調(diào)節(jié)回路的頻率，觀察Uc的變化達(dá)zui大值時(shí)，增加或減小頻率時(shí)諧振電壓都要下降，這時(shí)的頻率為諧振頻率，這時(shí)的電壓為諧振點(diǎn)電壓，增加勵(lì)磁電壓就能升高諧振電壓，從而達(dá)到試驗(yàn)電壓目的。另外，由于試驗(yàn)回路是處于諧振狀態(tài)，回路本身具有良好的濾波作用，電源波形中的諧波分量在設(shè)備兩端大為減小，從而輸出良好的正弦波形。當(dāng)試品放電或擊穿時(shí)，即回路中等值電容被短路，諧振條件被破壞，電壓明顯下降，恢復(fù)電壓上升緩慢，試品上不發(fā)生暫態(tài)過電壓，且電源供給的短路電流受到電抗的限制而減少，從而限制被試設(shè)備的損壞程度。

5.現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)過程

5.1 試驗(yàn)依據(jù)

GIS 交流耐壓試驗(yàn)施加電壓高,具有一定的危險(xiǎn)性,同時(shí),它又是一種破壞性試驗(yàn),為保證試驗(yàn)有序安全順利地進(jìn)行,根據(jù)《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場交接試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定,一般試驗(yàn)方案的基本內(nèi)容是:試驗(yàn)分為老練試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)兩個(gè)階段,其中*階段老練試驗(yàn)應(yīng)在耐壓試驗(yàn)之前進(jìn)行,它通過施加的電壓并停留一段時(shí)間,可將設(shè)備中可能存在的活動(dòng)微粒遷移到低電場區(qū)域,或通過放電燒掉細(xì)小的微粒或電極上的毛刺、附著的塵埃等。“老練凈化”時(shí)間為10 min ,電壓值為1. 0 倍設(shè)備額定相對(duì)地電壓,試驗(yàn)范圍包括避雷器、電壓互感器在內(nèi)的所有GIS 電器設(shè)備。第二階段為耐壓試驗(yàn),首先升壓至1. 73 倍額定相對(duì)地電壓,并保持3 min ,無異常后上升到現(xiàn)場交流耐壓額定值(為出廠試驗(yàn)電壓值的80 %) ,保持1 min ,然后降壓至零,其試驗(yàn)范圍不包括避雷器、電壓互感器等不允許耐壓的設(shè)備。對(duì)于避雷器、電壓互感器與母線之間若無隔離開關(guān)連接,則該部分設(shè)備需在耐壓試驗(yàn)后才可安裝。試驗(yàn)分相進(jìn)行,被試相加壓,其余兩相短接接地。如GIS 的每一部件均已按選定的試驗(yàn)程序耐受規(guī)定的試驗(yàn)電壓而無擊穿放電則認(rèn)為GIS 通過耐壓試驗(yàn)。

5.2 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

試驗(yàn)前準(zhǔn)備: ① 試驗(yàn)儀器儀表準(zhǔn)備、檢查;安全用品和起吊用具準(zhǔn)備、檢查。②對(duì)GIS 設(shè)備巡視,檢查各斷路器及隔離開關(guān)位置正確。③ 斷開高壓電纜、架空進(jìn)線、變壓器與GIS 的連接,并保持足夠的安全距離。④短接所有電流互感器的二次繞組并接地,電壓互感器二次繞組接地。⑤測(cè)試GIS 主回路絕緣。⑥確定試驗(yàn)儀器的現(xiàn)場位置。

5.3 試驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）在GIS 現(xiàn)場試驗(yàn)過程中,試驗(yàn)天氣的狀況對(duì)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)Q值影響很大,品質(zhì)因數(shù)Q=UC/US=1/ωCR， R是試驗(yàn)回路的總電阻,它包括引線和電感的固有電阻,也代表了高壓引線的電暈損耗及試品介質(zhì)損耗的等效電阻且占的比例較大,隨著試驗(yàn)電壓值的慢慢升高, 試驗(yàn)回路中發(fā)生電暈, 有功損失的等效電阻R也會(huì)增加, 造成品質(zhì)因數(shù)Q下降。研究表明,在陰天或空氣濕度較大的情況下, 品質(zhì)因數(shù)Q值將減少30 %左右,由式UC=UL=QUS(UC為諧振時(shí)電容分壓器上的電壓,UL為諧振時(shí)電感上的電壓,US為勵(lì)磁變壓器輸出電壓) 可知,使得勵(lì)磁變壓器輸出壓增大,因此GIS的耐壓試驗(yàn)一定要選擇晴天或空氣較干燥的情況下進(jìn)行試驗(yàn)。

（2）高壓引線須用的試驗(yàn)聯(lián)絡(luò)線并連接可靠,以防在試驗(yàn)過程中在外力和電動(dòng)力的作用下造成引線松動(dòng)引起閃絡(luò),同時(shí)要考慮引線與套管的角度。

（3）試驗(yàn)電抗器的底座下面不能有鐵磁性物質(zhì),如馬路的鋼筋網(wǎng)等, 避免漏抗造成對(duì)設(shè)備選頻的影響。

（4）試驗(yàn)必須在SF6 氣體額定壓力下進(jìn)行。

（5）試驗(yàn)操作臺(tái)的接地線單獨(dú)引取,避免高壓放電時(shí)瞬間的高電壓通過地線傷及操作臺(tái)和操作人員。

（6）試驗(yàn)電源嚴(yán)格按規(guī)定使用,電壓穩(wěn)定,三相平衡,試驗(yàn)過程中,附近不能有大型電氣設(shè)備的工作,如電焊機(jī)、真空泵、濾油機(jī)等。此外,電源線不能有纏繞、鉸接現(xiàn)象且不能直接從GIS 裝置上跨過。

6.結(jié)語

GIS 設(shè)備的耐壓試驗(yàn)是檢查其絕緣性能的一項(xiàng)有效的措施,由于不同的GIS 設(shè)備的結(jié)構(gòu)上區(qū)別,在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)如果發(fā)生放電所出現(xiàn)的現(xiàn)象也不是*一樣的,設(shè)備的任何一個(gè)內(nèi)部缺陷都可能造成試驗(yàn)的終止,正確判斷放電的位置和原因并制定出處理方案是關(guān)鍵,這就得依靠試驗(yàn)人員細(xì)心的觀察,扎實(shí)的理論基礎(chǔ)以及豐富的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),在每一次的試驗(yàn)中不斷總結(jié)、積累。同時(shí),勇于探索,敢于創(chuàng)新,采用更、更科學(xué)的試驗(yàn)儀器和方法,完成每一次GIS的現(xiàn)場耐壓試驗(yàn),為其絕緣性能作出越來越可靠的技術(shù)鑒定。