摘 要：主要對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓及局部放電試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)方法、試驗(yàn)注意事項(xiàng)、異常結(jié)果等進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：GIS;交流耐壓;老練;局部放電檢測(cè);異常信號(hào)分析

0? ? 引言

六氟化硫（SF6）封閉式組合電器，三相共箱結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，國(guó)際上稱(chēng)作“氣體絕緣封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備”，簡(jiǎn)稱(chēng)GIS，它是由斷路器（GCB）、隔離接地開(kāi)關(guān)（DES）、電壓互感器（VT）、電流互感器（CT）、帶電顯示裝置（VD）、快速接地開(kāi)關(guān)（FES）、電纜終端（CES）等元件組合成一個(gè)整體，并封閉在接地的金屬殼體內(nèi)，殼內(nèi)充以一定壓力的六氟化硫氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)。由于六氟化硫斷路器滅弧性能優(yōu)良，開(kāi)斷電流大，且GIS設(shè)備具有結(jié)構(gòu)緊湊（小型化）、占地面積小、安裝方便、防污防霧（封閉式）、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、檢修周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，故而GIS設(shè)備廣泛應(yīng)用于110～500 kV電網(wǎng)中。目前上海電網(wǎng)建設(shè)的110 kV變電站110 kV進(jìn)出線設(shè)備均使用GIS，初建時(shí)設(shè)一、二段母線（圖1），共6間隔（遠(yuǎn)景設(shè)一、二、三段母線）。

1? ? GIS現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓及局放試驗(yàn)?zāi)康?/p>

新裝GIS設(shè)備投運(yùn)前，應(yīng)進(jìn)行整體交流耐壓及局放試驗(yàn)，其目的是檢驗(yàn)GIS設(shè)備在生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝過(guò)程中是否存在元器件損壞、組裝件和緊固件松動(dòng)移位、導(dǎo)電部位刮傷或安裝錯(cuò)位引起缺陷以及設(shè)備內(nèi)留有異物的情況。另外，空氣中懸浮的塵粒、導(dǎo)電微粒雜質(zhì)和導(dǎo)體表面毛刺等都將產(chǎn)生局部放電，引發(fā)絕緣事故。GIS設(shè)備交流耐壓及局放試驗(yàn)是為了檢查完整設(shè)施的絕緣性能且探究以上異常情況，是對(duì)出廠絕緣試驗(yàn)的補(bǔ)充，因此國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都做了相關(guān)規(guī)定。GB 50150—2016《電氣裝置安裝工程 電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》13.0.1規(guī)定GIS的交接試驗(yàn)項(xiàng)目包括主回路的交流耐壓試驗(yàn);13.0.6規(guī)定主回路在1.2Ur/電壓下，應(yīng)進(jìn)行局部放電檢測(cè)。國(guó)網(wǎng)（運(yùn)檢/3）827—2017《國(guó)家電網(wǎng)公司變電驗(yàn)收管理規(guī)定（試行）》第3分冊(cè)《組合電器驗(yàn)收細(xì)則》A.4.3也規(guī)定了“對(duì)現(xiàn)場(chǎng)GIS設(shè)備局放試驗(yàn)驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行旁站見(jiàn)證”。

2? ? GIS設(shè)備交流耐壓及局放試驗(yàn)方法

2.1? ? 試驗(yàn)儀器、設(shè)備的選擇

由于GIS內(nèi)部導(dǎo)電體對(duì)筒殼的空間小，對(duì)地電容量較大，若采用常規(guī)工頻耐壓試驗(yàn)法，則試驗(yàn)變壓器容量選擇可按以下過(guò)程計(jì)算：

一般110 kV GIS每間隔電容量（每相對(duì)地及其他兩相）為600～700 pF，220 kV GIS每間隔電容量為500～600 pF，則試驗(yàn)變壓器容量計(jì)算式為：

S=kωCxUs2×10-3

式中，S為試驗(yàn)變壓器容量（kVA）;k為安全系數(shù);ω為角頻率，ω=2πf;Cx為被試品的電容量（μF）;Us為試驗(yàn)電壓（kV）。

例如：某110 kV GIS間隔電容量為650 pF，試驗(yàn)電壓為230 kV，k取3，則S=kωCxUs2×10-3=32.4 kVA。經(jīng)計(jì)算可知，工頻試驗(yàn)變壓器容量很大，設(shè)備笨重、體積龐大，不利于現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn);且試驗(yàn)過(guò)程中若產(chǎn)生閃絡(luò)或擊穿，GIS裝置很可能因短路電流受到傷害，所以一般現(xiàn)場(chǎng)較少采用本試驗(yàn)方法。

目前采用較多的是變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)方法，變頻串聯(lián)諧振裝置是指通過(guò)調(diào)整電源頻率，使串聯(lián)電感與電容（試品電容、分壓器電容）達(dá)到諧振狀態(tài)（ωL=的試驗(yàn)裝置，設(shè)備容量計(jì)算如下：

（1）諧振頻率（單位：Hz）：

f=×103

（2）調(diào)諧電抗器電流（單位：A）：

IL=IC=ωCxUs×10-3

（3）勵(lì)磁變壓器容量（單位：VA）：

S=ICUN

（4）變頻電源容量（單位：VA）：

三相S=UI

這種裝置體積小，重量輕，搬運(yùn)方便，利用額定電壓較低的試驗(yàn)變壓器可以得到較高的輸出電壓，用較小容量的試驗(yàn)設(shè)備可對(duì)15～150倍容量的試品進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。根據(jù)IEC 517和GB 7674規(guī)定，試驗(yàn)電壓頻率在10～300 Hz變頻耐壓試驗(yàn)與工頻耐壓試驗(yàn)基本等效，因此變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)方法得到了廣泛認(rèn)同。串聯(lián)諧振試驗(yàn)過(guò)程安全可靠，被試品擊穿時(shí)，諧振條件被破壞（ωL≠），高壓自動(dòng)下降，特別適合GIS交流耐壓試驗(yàn)。

2.2? ? 放電信號(hào)檢測(cè)

GIS局部放電檢測(cè)方法常用非電量測(cè)量法：聲測(cè)法（超聲波）;電量測(cè)量法：電脈沖法、超（特）高頻電磁波法。目前聲測(cè)法和超（特）高頻法為主要檢測(cè)方法。

2.3? ? 試驗(yàn)方法

（1）風(fēng)險(xiǎn)因素辨識(shí)與預(yù)控措施如表1所示。

（2）選擇合適的變頻電源、高壓諧振電抗器、勵(lì)磁變壓器、交流分壓器、擴(kuò)徑金屬軟管、采樣信號(hào)線、超聲波超高頻局放儀、安全工器具、放電棒、接地線、萬(wàn)用表、溫（濕）度計(jì)、秒表等，并檢查相關(guān)儀器儀表及安全工器具、開(kāi)關(guān)箱的檢定有效期。

（3）試驗(yàn)程序：

1）斷開(kāi)高壓電纜、電壓互感器、電力變壓器高壓引出線與GIS的連接，并保持足夠的安全距離。

2）試驗(yàn)回路中的TA二次繞組短接接地，密度繼電器表塊閥門(mén)必須開(kāi)啟。

3）對(duì)于新安裝的GIS，抽真空充入合格的SF6氣體至額定壓力，充氣12 h后進(jìn)行氣體檢漏，充氣24 h后進(jìn)行微水測(cè)試，經(jīng)氣體檢漏、微水、斷路器動(dòng)特性、回路電阻及絕緣測(cè)試合格后方可進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。

4）檢查試驗(yàn)設(shè)備接線，交流耐壓前先進(jìn)行老練試驗(yàn)，GIS設(shè)備三相須分相進(jìn)行，一相試驗(yàn)，非試驗(yàn)相和外殼一起接地。

5）老練試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)施加電壓和時(shí)間：依據(jù)GB 50150—2016《電氣裝置安裝工程 電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》要求參照DL/T 555—2004《氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)耐壓及絕緣試驗(yàn)導(dǎo)則》執(zhí)行，DL/T 555—2004一共給出4個(gè)試驗(yàn)方案，我們選擇方案3，同時(shí)根據(jù)DL/T 617—2010《氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備技術(shù)條件》，結(jié)合GIS耐壓試驗(yàn)測(cè)量其局部放電量，加壓流程為：Um/停留5 min→Um停留3 min→Uf停留1 min→1.2Ur/大于1 min，110 kV系統(tǒng)Um為系統(tǒng)最高線電壓126 kV，Uf為試驗(yàn)電壓230 kV，Ur為GIS的額定電壓126 kV。國(guó)網(wǎng)（運(yùn)檢/3）827—2017《國(guó)家電網(wǎng)公司變電驗(yàn)收管理規(guī)定（試行）》第3分冊(cè)《組合電器驗(yàn)收細(xì)則》A.4.1規(guī)定：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)GIS設(shè)備耐壓試驗(yàn)進(jìn)行旁站見(jiàn)證，Uf按出廠試驗(yàn)電壓的100%。必須從零開(kāi)始勻速升壓，速率為3～4 kV/s，升壓切不可沖擊合閘。加壓過(guò)程中電壓與時(shí)間的關(guān)系如圖2所示。

6）檢測(cè)局部放電量時(shí)，主回路施加電壓至預(yù)加值Uf并保持1 min，在此期間出現(xiàn)的局部放電量不應(yīng)考慮，應(yīng)在1.2Ur/電壓下進(jìn)行局部放電量測(cè)量。

7）主回路老練和耐壓試驗(yàn)結(jié)束，恢復(fù)VT連接后，應(yīng)進(jìn)行電壓為Um/、時(shí)間為5 min的老練試驗(yàn)。

8）試驗(yàn)結(jié)束，使被試品充分放電并復(fù)測(cè)主回路絕緣電阻，將設(shè)備恢復(fù)至耐壓前的狀態(tài)，拆除試驗(yàn)遮攔。

9）圖2所示的加壓過(guò)程符合GB/T 7354—2018《高電壓試驗(yàn)技術(shù) 局部放電測(cè)量》的傳統(tǒng)局放探測(cè)方法。采用超（特）高頻方法時(shí)，應(yīng)結(jié)合老練試驗(yàn)分級(jí)加壓過(guò)程實(shí)施局放探測(cè)。

3? ? 試驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）試驗(yàn)電源必須滿足試驗(yàn)要求，電壓保持穩(wěn)定，試驗(yàn)過(guò)程中不得使用如真空泵、SF6回收裝置、電焊機(jī)、濾油機(jī)等大功率用電設(shè)備。

（2）為減少電暈損失，提高串聯(lián)諧振系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)Q值，高壓引線應(yīng)采用擴(kuò)徑金屬軟管。

（3）耐壓試驗(yàn)中應(yīng)密切注視GIS設(shè)備的帶電狀態(tài)及儀表指示變化情況，若耐壓過(guò)程中出現(xiàn)擊穿、閃絡(luò)或升壓過(guò)程中發(fā)生異常，立即降低試驗(yàn)電壓，切斷試驗(yàn)電源，用接地棒對(duì)被試品充分放電，分析處理后重新進(jìn)行。

（4）天氣情況對(duì)Q值影響很大，陰天或濕度較大的天氣試驗(yàn)時(shí)易發(fā)生電暈，造成Q下降，試驗(yàn)最好選擇在晴好干燥天氣進(jìn)行。

（5）遇有放電情況判斷：1）可進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，如果被試品或氣室還能經(jīng)受，可推斷為表面臟污和表面缺陷引起氣體擊穿放電，該類(lèi)放電稱(chēng)為自恢復(fù)放電，認(rèn)為耐壓試驗(yàn)通過(guò)。2）如重復(fù)試驗(yàn)再次失敗，應(yīng)進(jìn)行設(shè)備解體檢查處理，再次進(jìn)行規(guī)定的耐壓試驗(yàn)，直至通過(guò)耐壓試驗(yàn)，該類(lèi)放電稱(chēng)為非自恢復(fù)放電。

4? ? 現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)遇有放電異常信號(hào)分析

GIS局部放電發(fā)生過(guò)程中，會(huì)向外界發(fā)散出電磁波，其波頭非常短，頻率從幾千赫到幾千兆赫都有分布。超高頻放電信號(hào)頻譜一般為500～2 000 MHz，因此可以利用超高頻傳感器接收局部放電發(fā)出的超高頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)（圖3）。

4.1? ? GIS典型放電波形、圖譜

局部放電類(lèi)型是判斷GIS絕緣缺陷程度的重要依據(jù)，表2展示了通過(guò)實(shí)驗(yàn)室得到的五種典型放電波形、圖譜特征等。

4.2? ? 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)案例

國(guó)網(wǎng)上海嘉定供電公司110 kV民悅站交接試驗(yàn)過(guò)程中，GIS進(jìn)行老練及交流耐壓時(shí)采用XD5352局放檢測(cè)儀測(cè)試。110 kV GIS二段主回路B、C相耐壓及局放試驗(yàn)合格。在A相耐壓及局放試驗(yàn)時(shí)，加壓至72.7 kV測(cè)量局放量，此時(shí)發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)兩處，具體現(xiàn)象如下：

4.2.1? ? 盆式絕緣子沿面放電

110 kV GIS二段主回路A相耐壓及局放試驗(yàn)，測(cè)試時(shí)加壓72.7 kV，試驗(yàn)頻率151 Hz。進(jìn)線2（圖1）母線筒盆式絕緣子有局放信號(hào)，如圖4所示。

從放電波形來(lái)看，該波形幅值分散性較大，放電時(shí)間間隔不穩(wěn)定，時(shí)有時(shí)無(wú)，根據(jù)典型放電波形判別為盆式絕緣子表面大件金屬顆粒放電。解體后檢查，如圖5所示，GIS盆式絕緣子表面有一鐵屑片，去除鐵屑并作清潔處理，重新注氣靜置后試驗(yàn)，未檢測(cè)到異常信號(hào)。

4.2.2? ? 松動(dòng)部件放電

110 kV GIS二段主回路A相耐壓及局放試驗(yàn)，測(cè)試時(shí)加壓72.7 kV，試驗(yàn)頻率151 Hz。進(jìn)線4（圖1）電纜筒內(nèi)盆式絕緣子處有局放信號(hào)，如圖6所示。

從波形分析，該放電幅值穩(wěn)定，且相鄰時(shí)間間隔一致，根據(jù)典型放電波形判別為內(nèi)部部件松動(dòng)放電。解體后檢查，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電棒與盆式絕緣子上的安裝件相接處有松動(dòng)，如圖7所示。緊固后重新注氣靜置，再進(jìn)行試驗(yàn)，未檢測(cè)到異常信號(hào)。

4.3? ? 局放異常信號(hào)分析小結(jié)

根據(jù)檢測(cè)到的放電波形、圖譜特征判斷檢測(cè)信號(hào)是否具備典型放電波形、圖譜特征，或與背景有明顯不同。若具備上述情況，則進(jìn)行以下分析和處理：排除外界環(huán)境干擾，將傳感器放置于絕緣盆上檢測(cè)信號(hào)與在空氣中檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較（對(duì)于無(wú)金屬屏蔽的絕緣子應(yīng)沿絕緣子外側(cè)加裝屏蔽帶或采取屏蔽措施，防止設(shè)備內(nèi)部信號(hào)從盆式絕緣子傳出被空氣中傳感器接收到造成誤判）。若信號(hào)一致且幅值較小，則判斷為外部干擾;若信號(hào)不一樣或幅值變大，則需結(jié)合超聲波、超高頻檢測(cè)做進(jìn)一步精準(zhǔn)定位。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，GIS主回路的耐壓試驗(yàn)通過(guò)規(guī)定的試驗(yàn)電壓，且局放檢測(cè)過(guò)程中未檢測(cè)到異常信號(hào)，才算整個(gè)GIS通過(guò)交流耐壓試驗(yàn)。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

GIS設(shè)備的耐壓及局放試驗(yàn)?zāi)芗皶r(shí)有效地發(fā)現(xiàn)其因生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝等方面的問(wèn)題造成的缺陷，是防范電力設(shè)備事故、保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的有效手段，是保證其安全投產(chǎn)不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于各個(gè)廠家GIS設(shè)備結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)若發(fā)生放電，檢測(cè)到的現(xiàn)象、波形也不盡相同，給分析判斷增加了難度。GIS交流耐壓及局放試驗(yàn)可能因設(shè)備的任何一個(gè)內(nèi)部缺陷而終止，正確判斷放電產(chǎn)生的原因，精準(zhǔn)進(jìn)行定位，并采取科學(xué)的處理方案是關(guān)鍵，這就要求試驗(yàn)人員不僅要具備一定的理論基礎(chǔ)與豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，還要具有高度的責(zé)任心、上進(jìn)心以及刻苦專(zhuān)研、敢于探索的精神。古人云：“不積跬步，無(wú)以至千里;不積小流，無(wú)以成江海。”只有在試驗(yàn)過(guò)程中不斷積累，不斷總結(jié)，不斷創(chuàng)新，輔之以精密的試驗(yàn)儀器和科學(xué)的試驗(yàn)方法，才能客觀判斷設(shè)備的絕緣性能，為電網(wǎng)安全運(yùn)行提供堅(jiān)強(qiáng)的后盾。

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收稿日期：2020-04-14

作者簡(jiǎn)介：李峰（1972—），男，湖北荊州人，工程師，從事輸變電工程和電力設(shè)備安裝、調(diào)試、檢修、運(yùn)維等工作。