鄧立群，李守成，王成瓊

（內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川內(nèi)江，641100）

0 引言

高壓電氣設(shè)備一般是對(duì)1 kV以上電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路和斷路器的稱謂。由于這類電氣設(shè)備需要在高壓環(huán)境中運(yùn)行，高壓環(huán)境意味著更大的電流和更嚴(yán)峻的安全隱患，因而對(duì)這類電氣設(shè)備的安全試驗(yàn)貫穿安裝、運(yùn)行與維護(hù)的全過程。具體細(xì)分，試驗(yàn)內(nèi)容又包括絕緣試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)、設(shè)備在線監(jiān)測(cè)、電力變壓器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、高壓開關(guān)設(shè)備試驗(yàn)與狀態(tài)監(jiān)測(cè)等等諸多方面。本研究僅從絕緣試驗(yàn)與電氣設(shè)備狀態(tài)與在線監(jiān)測(cè)展開分析與探討。

1 高壓電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)

文章以某變電站中的氣體絕緣全封閉組合電器（Gas Insulated Switchgear，GIS）設(shè)備主回路絕緣檢測(cè)為例展開本次研究。該變電站為330 kV的高壓，其GIS的結(jié)構(gòu)為三相分體，包含5個(gè)斷路器間隔。當(dāng)前，一般GIS設(shè)備作為基礎(chǔ)組件，其中的小單元模塊較多，一般會(huì)采取分離運(yùn)輸，集中到現(xiàn)場(chǎng)后再組裝的配備方式。這樣一來，在拆分、運(yùn)輸和再組裝的過程中就會(huì)產(chǎn)生磕碰損傷、混入雜物的情況，而這些都會(huì)直接或間接地影響到設(shè)備的絕緣性能?；诖?，一般工作人員會(huì)在設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行清理以及檢查。為了安全起見，在GIS設(shè)備組裝完成后還要電氣交接試驗(yàn)，也就是主回路絕緣試驗(yàn)。

2 主回路絕緣試驗(yàn)

由于支持設(shè)備運(yùn)行的電壓高達(dá)330kV，存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，試驗(yàn)操作的難度很大。然而，為了能順利推進(jìn)試驗(yàn)進(jìn)程，工作人員必須保持謹(jǐn)慎態(tài)度，嚴(yán)格落實(shí)操作規(guī)范。準(zhǔn)備工作是重要的一環(huán)，也是電氣設(shè)備良好運(yùn)行的安全保障。在開展試驗(yàn)之前，要對(duì)高壓電氣設(shè)備周圍環(huán)境進(jìn)行安全隔離，設(shè)置安全屏障及提示語，對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)的完整性進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估，確保設(shè)計(jì)環(huán)境溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

安全隔離措施是重中之重，具體可以從高壓耐受部分、電力變壓器、避雷器等基礎(chǔ)構(gòu)成設(shè)備著手，采取安全可靠的隔離措施，減少不必要的風(fēng)險(xiǎn)。落到實(shí)踐，就是確?？諝饨^緣距離超過10m，對(duì)于測(cè)試設(shè)備周圍的金屬物體務(wù)必要做好接地處理，杜絕安全隱患。

在確保待測(cè)GIS設(shè)備的結(jié)構(gòu)完整、性能穩(wěn)定后，可通過向其內(nèi)注入SF6氣體（必須足量且成分滿足要求）展開檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，提取數(shù)據(jù)制成SF6氣體溫度-壓力曲線示意圖。再結(jié)合試驗(yàn)條件，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析與評(píng)估，得出最終結(jié)論。假設(shè)試驗(yàn)環(huán)境為20℃，那么斷路器、隔離開關(guān)的氣室內(nèi)壓則要超過0.5MPa，套管的氣室壓力大于0.48MPa。此外，其他各類氣室的壓力均應(yīng)超過0.36MPa。同時(shí)，還應(yīng)將氣體壓力控制在一定范圍內(nèi)，避免異常波動(dòng)，將其靜置24h后，再開展微水測(cè)量。

對(duì)于電流互感器，本研究配備了二次繞組，針對(duì)這部分展開短路和接地設(shè)置，以準(zhǔn)確評(píng)估試驗(yàn)頻率，根據(jù)頻率參數(shù)是否會(huì)使得電壓互感器變得飽和展開判斷，如果結(jié)果是否，則可繼續(xù)開展耐壓試驗(yàn)。注意，二次繞組必須保持開路。

元件的合分閘指示情況也不可忽視，具體包括斷路器、隔離開關(guān)是否合閘，這對(duì)于安全操作是重要且不可跳過的一個(gè)步驟。

各氣室的布置方式和尺寸是關(guān)乎能否科學(xué)、合理配置電氣設(shè)備的重要參考條件，因?yàn)橹苯雨P(guān)系到GIS閃絡(luò)定位儀的配備規(guī)格、數(shù)量和間隔距離。如果進(jìn)行耐壓測(cè)試時(shí)，其中氣室被擊穿，可以通過儀器所監(jiān)測(cè)到的最大值展開分析，獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，及時(shí)定位存在擊穿情況的氣室。這樣既可以提升檢測(cè)效率，又可以排除安全隱患，能為安全作業(yè)提供一定保障。

環(huán)境溫度也是影響GIS主回路絕緣試驗(yàn)結(jié)果的重要因素之一，因而在進(jìn)行準(zhǔn)備工作時(shí)也應(yīng)重視對(duì)溫度的分析。通常情況下，設(shè)備測(cè)試環(huán)境溫度一般在5℃以上，濕度也應(yīng)在80%以下。如工程試驗(yàn)遇到多雨天氣，現(xiàn)場(chǎng)存在積水情況，則應(yīng)提前做好排水、防水等措施，保持現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地整潔，增設(shè)防水器具，同時(shí)對(duì)近期的天氣情況保持關(guān)注，選取合適的時(shí)機(jī)開展試驗(yàn)。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

GIS主回路中，串聯(lián)諧振電路是關(guān)鍵的組成部分，其試驗(yàn)接線原理如圖1所示[1]。

圖1 試驗(yàn)接線原理示意

在圖1中，T是勵(lì)磁變壓器，屬于諧振電抗器；C是試品等效對(duì)地電容；D是電容分壓其；C1、C2是分壓電容。

由于加壓處連接引線的電壓一般較高，在這類特殊的條件下展開實(shí)驗(yàn)，如果還采用普通參數(shù)的加壓線，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)電暈過大的情況，因此最好是更換合適參數(shù)的加壓線，例如φ500mm的防暈導(dǎo)線。

2.2.1 試驗(yàn)過程

本次試驗(yàn)分階段進(jìn)行，同時(shí)還包括加壓流程。

首先，進(jìn)行老練試驗(yàn)。加壓過程分兩個(gè)階段，先將電壓從0升至209kV，保持10min，然后升至363kV，保持20min，注意記錄運(yùn)行過程中的最大電壓，一般設(shè)為Umax。

其次，進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。加壓的步驟是從363kV升至408kV，然后保持1min，將此作為試驗(yàn)電壓，記作Utest。

最后，開展局部放電測(cè)量試驗(yàn)。在老練試驗(yàn)和交流耐壓試驗(yàn)的基礎(chǔ)是哪個(gè)，對(duì)測(cè)試電壓進(jìn)行下調(diào)，直至降到363kV，將這一參數(shù)保持30min，其間繼續(xù)試驗(yàn)。

2.2.2 局部放電測(cè)量

局部放電測(cè)量采用的方法是超聲波測(cè)量法，在GIS設(shè)備外部上分布測(cè)量點(diǎn)，各測(cè)量點(diǎn)之間的距離設(shè)置為1m。此外，部分關(guān)鍵裝置例如斷路器的端口、接地刀閘、避雷器以及電壓互感器等也需要設(shè)置測(cè)點(diǎn)。只有這樣，才能獲得全面而具體的測(cè)量數(shù)據(jù)。在分布設(shè)點(diǎn)時(shí)，建議將測(cè)點(diǎn)設(shè)置在氣室下方。試驗(yàn)后及時(shí)對(duì)檢測(cè)圖譜展開分析，以便盡快確認(rèn)是否存在放電的可能。

2.2.3 試驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）對(duì)GIS閃絡(luò)定位儀及時(shí)進(jìn)行全方位的檢查，并結(jié)合規(guī)范要求科學(xué)判斷其運(yùn)行狀態(tài)，排除異常情況發(fā)生的可能。

（2）嚴(yán)格按照?qǐng)D紙規(guī)范安裝試驗(yàn)各組件，對(duì)設(shè)備做升壓測(cè)試。

（3）依據(jù)流程有序完成準(zhǔn)備工作中的老練試驗(yàn)和交流耐壓試驗(yàn)，將各環(huán)節(jié)具體細(xì)分工作認(rèn)真落實(shí)到位，規(guī)范推動(dòng)試驗(yàn)完成。

（4）在開展耐壓試驗(yàn)之前和試驗(yàn)之后都應(yīng)精確測(cè)定各相導(dǎo)體對(duì)地的絕緣電阻，收集各項(xiàng)數(shù)據(jù)并做好記錄，分析和對(duì)比各項(xiàng)參數(shù)后，判斷試驗(yàn)指標(biāo)的完成情況。安全情況下，前后數(shù)據(jù)應(yīng)大體一致，波動(dòng)在可控范圍內(nèi)。

2.2.4 試驗(yàn)判斷的基本思路

只有GIS設(shè)備接收試驗(yàn)的各部分能耐受試驗(yàn)高壓，且氣室不存在擊穿放電問題，經(jīng)超聲波局部放射測(cè)試信號(hào)沒有異常，才能說明試驗(yàn)效果是良好的，測(cè)試部件在一定程度上達(dá)到要求。

假如發(fā)現(xiàn)存在擊穿放電現(xiàn)象，可以通過GIS閃絡(luò)儀在被測(cè)過程中具體的數(shù)據(jù)形成科學(xué)合理的判斷。如有必要，可重復(fù)一次試驗(yàn)，如果二次試驗(yàn)沒有發(fā)生擊穿放電現(xiàn)象，則表示通過試驗(yàn)。如果還存在異常，那么就要對(duì)具體的閃絡(luò)儀所在的氣室進(jìn)行分解操作，仔細(xì)盤查其內(nèi)部的各個(gè)部件，確認(rèn)是否有絕緣損壞的部分，如果有，還要根據(jù)實(shí)際情況判斷損壞程度，進(jìn)而采取有針對(duì)性的維修措施。修復(fù)之后再繼續(xù)做耐壓試驗(yàn)，直到實(shí)現(xiàn)最終的目標(biāo)為止[2]。

在進(jìn)行局部測(cè)試試驗(yàn)時(shí)，如果放電信號(hào)屬于典型的局部放電，那么在之后的試驗(yàn)流程中，例如老練試驗(yàn)環(huán)節(jié)，還要重新圍繞這種情形展開測(cè)量，如果不再出現(xiàn)局部放電情況，說明已經(jīng)滿足了要求。在老練試驗(yàn)環(huán)節(jié)還出現(xiàn)這類信號(hào)，那么可以采用特高頻法，鎖定放電源并進(jìn)行修復(fù)。對(duì)于情況嚴(yán)重異常的，還有必要進(jìn)行嚴(yán)格的解體檢查和修復(fù)，最后也需要進(jìn)行絕緣測(cè)試，直到檢測(cè)結(jié)果完全合乎標(biāo)準(zhǔn)，方可停止[3]。

2.3 分段耐壓試驗(yàn)

（1）確定實(shí)施方案。為了避免耐壓試驗(yàn)次數(shù)多次重復(fù)，除了嚴(yán)格確認(rèn)各項(xiàng)參數(shù)外，還要致力于提升操作的準(zhǔn)確率和便捷性。經(jīng)實(shí)際優(yōu)化和論證后，本研究提出分兩階段展開實(shí)驗(yàn)。

（2）估算待測(cè)試設(shè)備的電容量。待測(cè)試設(shè)備的電容量大致數(shù)據(jù)如表1所示。

（3）估算試驗(yàn)參數(shù)。各相最大電容量確認(rèn)后可展開下一步分析。假設(shè)待測(cè)試設(shè)備最大的電容量為Cx，這里大概是18 503pF，分壓器的電容量Cy，大致為330pF。將測(cè)試環(huán)境中300 kV/80H電抗器串聯(lián)，共有四節(jié)，這樣可得總電感L=320H[1]。

根據(jù)上述參數(shù)，諧振頻率獲取公式如下：

本研究中的試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)頻率處于40～90Hz時(shí)，可以完美實(shí)現(xiàn)TV空載電流頻率的目標(biāo)。

從試驗(yàn)各階段的獲得的參數(shù)可知，試驗(yàn)沒有發(fā)生擊穿放電的現(xiàn)象，各相位絕緣電阻在試驗(yàn)中波動(dòng)較小，保持著相對(duì)而言較未定的狀態(tài)，經(jīng)超聲波局部放射，信號(hào)也正常。以上說明該GIS設(shè)備的主回路絕緣測(cè)試的結(jié)果很好，符合進(jìn)一步投入運(yùn)行的部分標(biāo)準(zhǔn)。

3 試驗(yàn)的關(guān)鍵操作點(diǎn)

鑒于兩個(gè)階段的試驗(yàn)都已經(jīng)順利推進(jìn)，且是一次通過，說明本研究提出的試驗(yàn)方法可行性較強(qiáng)?？偨Y(jié)本次試驗(yàn)的各項(xiàng)流程，主要指出以下幾項(xiàng)關(guān)鍵操作。

3.1 電容控制

待測(cè)試的設(shè)備由于電容較大，試驗(yàn)的難度系數(shù)較大，必須采取合理的控制手段。比如確保其中的變頻電源、勵(lì)磁變壓器的容量都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。此外，對(duì)分壓器和電抗器這兩類裝置而言，其試驗(yàn)電流被控制在允許的范圍內(nèi)也很有必要。在具體展開試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡可能減少絕緣部件接受重復(fù)耐壓試驗(yàn)的次數(shù)，提升試驗(yàn)效率。為了能順利推進(jìn)試驗(yàn)工作，本研究建議將試驗(yàn)分為不同的兩個(gè)階段，分批進(jìn)行耐壓測(cè)試，有序進(jìn)行。具體試驗(yàn)也表明，這樣的方案結(jié)果更準(zhǔn)確，效率更高。

3.2 接地措施

由于試驗(yàn)處于高壓環(huán)境，對(duì)于周邊懸浮的導(dǎo)體必須采取有針對(duì)性的安全接地措施。首先，在開展試驗(yàn)時(shí)，（1）應(yīng)提前確認(rèn)電纜溝停止作業(yè)，避免受電壓影響，出現(xiàn)擊穿反擊的問題。（2）科學(xué)設(shè)置控制臺(tái)的安全位置，確保與一次導(dǎo)體之間的距離不小于20m。（3）加強(qiáng)對(duì)參與人員的自我安全意識(shí)培訓(xùn)，囑咐其做好各自的安全防護(hù)，例如佩戴絕緣手套等防護(hù)用具，保證所處位置在絕緣墊上，從多角度保證安全作業(yè)。其次，在試驗(yàn)前采取接地保護(hù)措施。具體包括滑動(dòng)支撐件的接地線和GIS設(shè)備外部接地點(diǎn)等等，避免在進(jìn)行局部放電檢測(cè)時(shí)威脅操作人員的人身安全。此外，試驗(yàn)前和試驗(yàn)后都應(yīng)該合理安排對(duì)絕緣電阻的測(cè)試、數(shù)據(jù)采集以及參數(shù)記錄，這樣有助于縱向?qū)Ρ群头治鼋^緣電阻的情況，清晰了解電阻的變化特征。最后，要確保電壓互感器處于開路狀態(tài)，即電壓互感器中性點(diǎn)接地連線被取下， 避免連線末端單一打開，進(jìn)而影響測(cè)試結(jié)果。

3.3 擊穿放電措施

在試驗(yàn)中，如果發(fā)生擊穿放電的現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)采集GIS設(shè)備中閃絡(luò)儀收集的數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，最終鎖定放電的位置。對(duì)有擊穿放電的部位進(jìn)行修復(fù)，并重復(fù)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，直至滿足要求；如果多次不滿足要求，還可以考慮將擊穿設(shè)備做解體分析，詳細(xì)監(jiān)測(cè)并修復(fù)后按照最初的方案實(shí)施測(cè)試，全部通過后方可說明完成了主回路絕緣試驗(yàn)。