石 峰，張大霖，韓 濤

(撫順供電公司，遼寧 撫順 113008)

隨著現(xiàn)代電力工業(yè)的發(fā)展，新完工的變電所多為GIS變電所，GIS變電所具有獨(dú)特的優(yōu)越性能，但如果發(fā)生故障比開放式變電所損失更嚴(yán)重。在GIS變電所交接試驗(yàn)時(shí)必須做交流耐壓試驗(yàn)，以便發(fā)現(xiàn)GIS系統(tǒng)故障點(diǎn)。在現(xiàn)場做交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，由于GIS系統(tǒng)的電容量大，現(xiàn)有工頻交流耐壓設(shè)備不能滿足現(xiàn)場試驗(yàn)需求，采用變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)方法是必然趨勢。變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)是利用電抗器的電感與被試品電容實(shí)現(xiàn)串聯(lián)諧振，在被試品上獲得高電壓、大電流，是目前高電壓試驗(yàn)的一種新方法，在國內(nèi)外已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

1 GIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

GIS將變電站中除變壓器以外的所有一次設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)成一個(gè)有機(jī)整體，一般為積木式結(jié)構(gòu)，全稱為gas insulated substation，由斷路器 (CB)、隔離開關(guān) (DS)、接地開關(guān) (ES)、電壓互感器(TV)、電流互感器 (TA)、避雷器 (LA)、母線(BUS)和套管 (BSG)組成。封閉在一個(gè)接地的金屬外殼內(nèi)。殼內(nèi)充以0.3～0.4 Pa的SF6氣體，確保對地、相間及斷口可靠絕緣。GIS設(shè)備如圖1所示。

GIS具有以下優(yōu)點(diǎn)。

a. 結(jié)構(gòu)小型化

采用性能卓越的氣體作絕緣和滅弧介質(zhì)，大幅度縮小變電站容積，實(shí)現(xiàn)變電站的小型化。

b. 可靠性高

帶電部分全部密封于惰性氣體SF6中，與鹽霧、積塵、積雪等外部影響隔離，提高了運(yùn)行可靠性，并具有優(yōu)良的抗地震能力。

圖1 66 kV GIS變電所1個(gè)間隔

c. 安全性好

帶電部分密封于接地金屬殼內(nèi)，無觸電危險(xiǎn)。對電磁和靜電實(shí)現(xiàn)屏蔽，不會(huì)產(chǎn)生噪音和無線電干擾等問題。SF6氣體為惰性氣體，無火災(zāi)危險(xiǎn)。

d. 安裝周期短

由于結(jié)構(gòu)小型化，可以在制造廠實(shí)現(xiàn)整機(jī)裝配，試驗(yàn)合格后以單元或整個(gè)間隔運(yùn)達(dá)現(xiàn)場，縮短現(xiàn)場安裝工期。

e. 檢修周期長，維護(hù)方便

因結(jié)構(gòu)布置合理，滅弧系統(tǒng)先進(jìn)，延長了檢修周期，提高了產(chǎn)品的使用壽命。由于其結(jié)構(gòu)小型化，安裝位置距地面近，維護(hù)更方便。

2 變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)方法的特點(diǎn)

變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)與工頻耐壓試驗(yàn)比具有以下優(yōu)點(diǎn):變頻串聯(lián)諧振是諧振式電流濾波電路，能改善電源波形畸變，獲得較好的正弦電壓波形，有效防止諧波峰值對被試品的誤擊穿;變頻串聯(lián)諧振工作在諧振狀態(tài)，當(dāng)被試品的絕緣點(diǎn)被擊穿時(shí)，電流立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗(yàn)電流的10%;發(fā)生閃絡(luò)擊穿時(shí)因失去諧振條件，短路電流瞬間下降，高電壓瞬間消失，電弧即可熄滅;恢復(fù)電壓的再建立過程很長，容易在再次達(dá)到閃絡(luò)電壓斷開電源，適用于高電壓、大容量電力設(shè)備絕緣耐壓試驗(yàn) (如GIS變電所、高壓交聯(lián)電力電纜、發(fā)電機(jī)、大型變壓器、隔離開關(guān)、互感器等)。

3 變頻諧振交流耐壓試驗(yàn)在GIS系統(tǒng)中應(yīng)用

GIS整體組裝完成后進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后以單元或整個(gè)間隔運(yùn)達(dá)現(xiàn)場安裝。運(yùn)輸過程中由于機(jī)械振動(dòng)、撞擊等可能導(dǎo)致GIS原件或組裝件內(nèi)緊固件松動(dòng)或相對位移。安裝過程中如連結(jié)、密封等工藝存在欠缺，導(dǎo)致電極表面刮傷或安裝錯(cuò)位引起電極表面缺陷，空氣中懸浮的塵埃、導(dǎo)電微粒雜質(zhì)和毛刺等在安裝現(xiàn)場難以徹底清理，而且不易檢查出來會(huì)引發(fā)絕緣事故。GIS故障原因如圖2所示，GIS設(shè)備運(yùn)行后各元件故障情況如圖3所示。

事故統(tǒng)計(jì)表明，經(jīng)過現(xiàn)場變頻諧振交流耐壓可以有效排除安裝過程中可能發(fā)生的故障，并確定運(yùn)行后故障點(diǎn)。雖然不能保證經(jīng)過現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)的GIS不會(huì)在運(yùn)行中發(fā)生絕緣事故，但進(jìn)行現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)的GIS降低了事故的發(fā)生，因此GIS必須進(jìn)行現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)。變頻諧振交流耐壓試驗(yàn)是GIS現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)有效方法，能及時(shí)有效檢查異常電場結(jié)構(gòu)和每個(gè)間隔單元設(shè)備故障。

3.1 試驗(yàn)要求

a. GIS應(yīng)完全安裝好，SF6氣體充氣到額定密度，完成主回路電阻測量、各元件試驗(yàn)及SF6氣體微水含量和檢漏試驗(yàn)。所有電流互感器二次繞組接地，電壓互感器二次繞組開路并接地。

b. 交流耐壓試驗(yàn)前下列設(shè)備應(yīng)與GIS隔離:高壓電纜和母線、電力變壓器和電磁式電壓互感器;避雷器和保護(hù)火花間隙。

c. GIS每一新安裝部位都應(yīng)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，對擴(kuò)建部分進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)，相鄰設(shè)備原有部分應(yīng)斷電并接地，否則，會(huì)給原有設(shè)備帶來不良影響。

d. 模擬試驗(yàn)證明，天氣狀況對品質(zhì)因數(shù) (Q值)的影響很大，陰天或濕度較大天氣Q值會(huì)減少30%～40%，因此試驗(yàn)最好選擇在晴天或干燥天氣進(jìn)行。

3.2 加壓方法

變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)接線如圖4所示。

圖4 變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)接線

試驗(yàn)電壓施加到每相導(dǎo)體和外殼之間，分相進(jìn)行試驗(yàn)，其它非試相與外殼連接并接地，從每相進(jìn)出線套管加壓，使GIS每個(gè)部件至少施加1次試驗(yàn)電壓。為避免在同一部位多次承受電壓導(dǎo)致絕緣老化，試驗(yàn)電壓盡可能在幾個(gè)部位施加。現(xiàn)場一般僅作相對地交流耐壓試驗(yàn)，如果斷路器隔離開關(guān)在運(yùn)輸、安裝過程中受到損壞或經(jīng)過解體，應(yīng)作端口交流耐壓試驗(yàn)，耐壓值與相對地交流耐壓值一致。若GIS整體電容量較大，耐壓試驗(yàn)可分段進(jìn)行。

4 變頻諧振交流耐壓試驗(yàn)過程

GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)第一階段為“老練凈化”(老練試驗(yàn))。其目的是清除GIS內(nèi)部可能存在的導(dǎo)電微粒或非導(dǎo)電微粒。這些微粒可能是安裝時(shí)清理不徹底、多次操作后產(chǎn)生金屬碎屑、緊固件切削碎屑、電極表面毛刺。老練凈化可使導(dǎo)電微粒移動(dòng)到低電場區(qū)或微粒陷阱中，燒蝕電極表面毛刺，使其不危害絕緣。老練凈化電壓值應(yīng)低于耐壓值，時(shí)間可取數(shù)min。老練凈化不能代替交流耐壓試驗(yàn)。第二階段為交流耐壓試驗(yàn)，在老練凈化過程結(jié)束后進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，時(shí)間為1 min。老練凈化試驗(yàn)的4種電壓與時(shí)間關(guān)系如圖5所示。

圖5 老練試驗(yàn)凈化的4種電壓與時(shí)間關(guān)系

根據(jù)GB7674—1987對現(xiàn)場試驗(yàn)程序的規(guī)定，工頻交流耐壓試驗(yàn)現(xiàn)場宜采用圖5中的電壓與時(shí)間關(guān)系曲線3。加壓順序:第1階段系統(tǒng)最高相電壓加壓5 min，第2階段系統(tǒng)最高線電壓加壓3 min，第3階段現(xiàn)場交流耐壓1 min。

5 耐壓試驗(yàn)結(jié)果

如果GIS每個(gè)部件均按選定的完整試驗(yàn)程序承受規(guī)定的試驗(yàn)電壓而無擊穿放電，則整個(gè)GIS通過試驗(yàn)。

試驗(yàn)過程如果發(fā)生擊穿放電，應(yīng)根據(jù)放電能量和放電引起的各種聲、光、電、化學(xué)等放電效應(yīng)及耐壓試驗(yàn)過程中其它故障診斷技術(shù)提供的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合判斷。遇有放電情況，可采取以下步驟。

a. 施加規(guī)定電壓重復(fù)試驗(yàn)，如果設(shè)備或氣隔未擊穿或未閃絡(luò)，則該放電為自恢復(fù)放電。如果重復(fù)試驗(yàn)電壓達(dá)到定值和規(guī)定時(shí)間，則認(rèn)為試品合格，否則按下項(xiàng)進(jìn)行。

b. 設(shè)備解體，打開放電氣隔，仔細(xì)檢查絕緣情況。在采取必要的恢復(fù)措施后，方可進(jìn)行下一次規(guī)定耐壓試驗(yàn)。

6 結(jié)論

a. 若GIS分段后進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的進(jìn)出線間隔較多，而試驗(yàn)過程中發(fā)生非自恢復(fù)放電或擊穿，僅靠人耳的監(jiān)聽難以判斷故障發(fā)生位置，容易造成誤判斷，對設(shè)備造成不必要的損害。若采用以放電產(chǎn)生沖擊波而引起外殼振動(dòng)波原理研制的故障定位器，可以確定放電間隔。每次耐壓試驗(yàn)前，將傳感器分別安裝在被試部分 (特別是斷路器、隔離開關(guān)、母線與各間隔的連接部位絕緣子的連接外殼上)。如因傳感器數(shù)量有限，放電或擊穿發(fā)生未預(yù)報(bào)，應(yīng)根據(jù)監(jiān)聽放電情況，降壓斷電后移動(dòng)傳感器重新升壓，直到找到放電或擊穿部位。

b. 由于盆式絕緣子故障率高，要求廠家對盆式絕緣子進(jìn)行長時(shí)耐壓，在額定電壓下試驗(yàn)1 000 h以上，每個(gè)盆式絕緣子都進(jìn)行局部放電試驗(yàn)。盆式絕緣子設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量垂直安裝，平放時(shí)應(yīng)凸面朝上，避免GIS元件里的金屬微粒、粉末聚集在盆式絕緣子底部。

[1]陳化鋼.電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法及診斷技術(shù) [M].北京:中國水利電力出版社，2009.

[2]曹建忠.電氣試驗(yàn)[M].北京:中國電力出版社，2005.

[3]羅學(xué)琛.絕緣全封閉組合電器 (GIS)[M].北京:中國電力出版社，2003.