溫定筠 張秀斌 孫亞明 呂景順 張 玉

（國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，蘭州 730050）

交流耐壓試驗是鑒定電力設(shè)備絕緣強度最嚴格、最有效和最直接的試驗方法，它對判斷電力設(shè)備能否繼續(xù)參加投入運行具有決定性的意義，也是保證設(shè)備絕緣水平，避免發(fā)生絕緣事故的重要手段。按照現(xiàn)行交接試驗標(biāo)準(zhǔn)、狀態(tài)檢修試驗標(biāo)準(zhǔn)，交流耐壓試驗是GIS 現(xiàn)場交接試驗、診斷性試驗的關(guān)鍵項目。

1 試驗原理

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。交流耐壓試驗可以通過外施工頻電壓法、工頻諧振法、電磁式電壓互感器加壓法及變頻串聯(lián)諧振法四種方法來實現(xiàn)。變頻串聯(lián)諧振法所需電源容量小、裝置體積重量輕、試品擊穿故障不易擴大，是目前最為常用且最為合理的試驗方法。

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。試驗回路如圖1所示。

由于試品電容的不同，試驗電壓的頻率會有較大范圍的變化，目前現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗電壓的頻率應(yīng)在10～300Hz 范圍內(nèi)。

圖1 變頻諧振交流耐壓試驗裝置結(jié)構(gòu)原理圖

根據(jù)電路原理試驗回路可以等效為RLC 串聯(lián)電路，如圖2所示。

圖2 變頻串聯(lián)諧振交流耐壓試驗電路原理圖

在RLC 串聯(lián)電路中，在正弦電壓的激勵下，電路的工作狀況將隨頻率的改變而變動。電壓頻率達到回路固有頻率電路出現(xiàn)諧振狀態(tài)，電感和電容兩端電壓達到外施電壓的Q倍，稱為串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)，從品質(zhì)因數(shù)的公式可見回路中電阻對品質(zhì)因數(shù)影響最大。

在諧振狀態(tài)時，電源只需要提供電阻R消耗的有功功率，而無功功率為零值?；芈分械刃щ娮鑱碓从趦蓚€方面：①試驗變壓器、試驗電抗器、被試設(shè)備及試驗導(dǎo)線的電阻，屬于試驗回路固有電阻；②試驗回路電暈損耗的等效電阻。回路固有電阻通常無法改變，因此，改善品質(zhì)因素的途徑只有降低回路的電暈損耗，特別對于電壓等級較高的試品，在試驗中，應(yīng)采取使用擴徑導(dǎo)線、均壓環(huán)等措施。

2 試驗裝置

主要試驗設(shè)備包括變頻器、調(diào)壓器、試驗變壓器、試驗電抗器和分壓器，目前變頻器均具有調(diào)壓功能，因此不需要單獨配置調(diào)壓器。

2.1 試驗電抗器

試驗電抗器整個試驗回路的核心，根據(jù)試驗回路諧振條件，可以得出試驗電抗器電感的計算公式按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，試驗頻率范圍為20～300Hz，根據(jù)被試設(shè)備的等效電容，可以計算出相應(yīng)的電感值，按照需要施加的試驗電壓，即可得到試驗電抗器的額定電壓和額定電流。處于經(jīng)濟性考慮，通常一個單位希望同一臺設(shè)備的試驗?zāi)芰δ軌虮M可能覆蓋本地區(qū)所有同類型的被試設(shè)備，所以，設(shè)備參數(shù)通常會留有一定裕度。目前較為常見的試驗電抗器有80H、150H、200H、300H 等，額定電壓為250kV，額定電流3～6A 不等，具備串聯(lián)組裝的接口，使用單臺電抗器可以完成110kVGIS的試驗，通過2～5 臺電抗器的串聯(lián)，可以完成220～1000kVGIS 的試驗。

2.2 分壓器

分壓器用來直接測量試驗電壓的數(shù)值，一般選用電容式分壓器。這樣，在某些試品等效電容較小時，分壓器與電抗器組成的回路，自振頻率可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；對試驗電壓頻率有特殊要求的情況下，分壓器高壓臂電容可以參與提高回路電容，從而降低諧振頻率，確保試驗電壓頻率在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。常用的分壓器高壓臂電容為500 pF 或1000 pF，單節(jié)額定電壓250kV。可以單節(jié)使用，也可以多節(jié)串聯(lián)使用，配置不同的低壓臂可以實現(xiàn)1000：1 或2000：1 的分壓比。分壓器測量誤差要求為不低于±1%。

2.3 試驗變壓器

試驗變壓器的低壓額定電壓與變頻器的輸出匹配，通常為380V 或400V。如前所述，試驗電壓與試驗變壓器輸出電壓成正比關(guān)系，系數(shù)為回路品質(zhì)因數(shù)，可以按照40～100 來估算品質(zhì)因數(shù)，試驗電壓越高，回路品質(zhì)因數(shù)越低，這樣即可得出試驗變壓器輸出電壓的范圍，按照需要提供的最高輸出電壓，可以確定試驗變壓器高壓側(cè)的額定電壓。在試驗時，應(yīng)盡可能使試驗變壓器工作在較小的變比，從而降低電源的輸出，因此，可以在試驗變壓器高壓側(cè)設(shè)置若干不同額定電壓的抽頭，滿足不同試驗電壓的試品。

2.4 變頻器

按照試驗要求，可以計算出額定功率；此外，其他要求如下：變頻器額定輸入電壓為三相工頻380V±15% ；額定輸出電壓：單相 0～400V，連續(xù)可調(diào)；輸出波形為純正正弦波；頻率調(diào)節(jié)范圍為20～300Hz，頻率調(diào)節(jié)分辨率為0.1Hz。

3 現(xiàn)場試驗實例

3.1 實例1

某變電站新安裝330kVGIS，額定電壓363kV，工頻耐受電壓（有效值）510kV。試驗設(shè)備，采用變頻器1 臺額定容量70kW；試驗變壓器額定容量40kVA，高低壓繞組電壓比380V/10kV；試驗電抗器用2 節(jié)串聯(lián)，每節(jié)額定電壓250kV、額定電感300H，共計600H。

被試GIS 各相主回路及斷口均通過交流耐壓試驗，試驗中主要數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 實例1 試驗數(shù)據(jù)

3.2 實例2

某變電站新安裝750kVGIS，額定電壓：800kV，工頻耐受電壓（有效值）960kV。試驗設(shè)備采用變頻器 1 臺額定容量 200kW；試驗變壓器額定容量240kVA，高低壓繞組電壓比400V/20kV；試驗電抗器用4 節(jié)串聯(lián)，每節(jié)額定電壓250kV、額定電感150H，共計600H。

被試GIS 各相主回路及斷口均通過交流耐壓試驗，試驗中主要數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 實例2 試驗數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

研究得出的變頻器、試驗變壓器、試驗電抗器參數(shù)進行合理配合，組成相應(yīng)的試驗裝置，品質(zhì)因數(shù)達到40 以上，能夠成功地完成西北地區(qū)220～750kVGIS 的交流耐壓試驗，有效地檢驗設(shè)備內(nèi)部絕緣狀況，保證投運后的安全穩(wěn)定性。

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