110kV GIS變頻串聯諧振耐壓試驗分析

吳 楠，陳 武，馮望榮

0 引言

隨著國內制造技術的不斷進步和發展，氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）已廣泛應用于各個領域，110 kV及以上電壓等級的變電站日益普及。

GIS在工廠整體組裝完成后需進行調試，試驗合格后是以單元的方式運往現場安裝。而運輸過程中的機械振動、撞擊導致某些器件松動及位移，安裝過程中出現連接、密封等工藝方面的失誤，在現場難以徹底解決且難以檢查空氣中塵埃、導電微粒和毛刺，都將引發絕緣事故。美國、加拿大等國對GIS現場事故統計表明：沒有經過現場交流耐壓試驗的GIS大約2/3發生了事故，因此GIS必須進行現場耐壓試驗，以便發現GIS系統的關鍵問題。

由于GIS的電容量大（絕緣不能認同為高壓開關），現有的工頻交流耐壓設備（指試驗變壓器）造價高、體積大、運輸困難，現場試驗不易實現，而釆用串聯諧振試驗方法安全、容易實現，是現場試驗的必然趨勢。

下文介紹釆用調頻式串聯諧振試驗裝置對廣珠線金塘110 kV變電所安裝的110 kV GIS設備進行現場試驗的情況。

1 耐壓試驗的過程及結論判定

1.1 耐壓試驗

經過分析并與設備生產廠家協商，針對 GIS組合電器的特殊性確定試驗分為2個階段。

（1）凈化試驗。勻速升壓（3～4 kV/s）到64 kV，保持5 min，同時檢查電壓互感器二次側電壓以及避雷器運行電流的正確性，無異常后降壓歸零，將電壓互感器和避雷器從主回路斷開。然后重新調頻并勻速升壓至92 kV，保持30 min。其目的是清除GIS內部存在的導電微粒和毛刺（在電場力的作用下，導電微粒將向低場強區移動，同時燒蝕電極表面毛刺）。

（2）耐壓試驗。試驗人員應在凈化試驗無異常后勻速升壓至現場交流耐壓試驗電壓標準值184 kV，并保持1 min，然后降壓。

耐壓試驗的加壓方法采用將試驗電壓施加到每相導體和外殼之間，另外兩相應可靠地與 GIS外殼連接，試驗分相進行。

試驗中應使 GIS每個部件都至少施加一次標準試驗電壓，現場僅作相對地交流耐壓。斷路器和隔離開關斷口耐壓試驗應合理安排，盡量減少加壓次數，降低對絕緣危害的累積效應。若GIS整體電容量較大，現場條件許可時可分別選擇進線側和出線側進行加壓，將耐壓試驗分段進行。

1.2 結論判定

（1）如果GIS每個部件均按試驗程序承受規定的試驗電壓而無擊穿放電，則該設備通過試驗。

（2）若在試驗過程中發生擊穿放電，則根據聲、光、電以及其他試驗結果（指除交流耐壓外其它試驗項目）進行綜合判斷。具體判斷步驟：施加規定電壓進行重復試驗，如果設備還能承受，則該放電是自恢復放電；電壓加到定值并保持到規定時間，則認定該試品合格，否則應將設備解體，打開放電氣隔，仔細檢查絕緣情況，采取必要恢復措施后，進行下一次耐壓試驗。

2 耐壓試驗注意事項

2.1 耐壓試驗存在問題

2010年6月底，中鐵電氣化局集團第二工程有限公司在廣珠線金塘牽引變電所進行了 110 kV GIS耐壓試驗。

試驗中使用的210 kV變頻諧振交流耐壓試驗裝置對高壓開關、電纜進行耐壓試驗時一切正常，而在進行GIS試驗時，首次電壓只能升到120 kV，同時電抗器出現“吱吱”的放電聲，諧振變壓器也發出“嗡嗡”聲，電流明顯增大，試驗電壓卻不同步上升；為了查找造成該現象的原因，試驗人員還分別進行了兩相并聯和四相并聯的極限輸出升壓驗證試驗（見表 1），表 1數據顯示，單相加壓試驗時諧振頻率最高，試驗設備的輸出能力最小，隨著所帶負荷相增加，頻率有所下降，變頻諧振交流耐壓試驗裝置的輸出能力反而增大，四相并聯時高壓輸出電壓已達141 kV。

表1 耐壓試驗極限升壓試驗一覽表

以上分析可以得出：現場環境如大氣濕度、設備表面的污穢程度等對高壓試驗有較大的影響；電源或試驗設備容量偏小；試驗設備的最終輸出能力和諧振頻率有關，諧振頻率太高不利于設備容量的發揮。

2.2 解決方法

經過現場分析及與試驗裝置和 GIS設備生產廠家的商討，采取如下措施：

（1）公司試驗人員對GIS設備進行全面清掃，并進行干燥處理（當時正趕上廣州悶熱、潮濕季節）；檢查所有試驗接線，高壓引線盡可能粗短，引線表面無毛刺并保證牢固；保證非升壓相可靠接地，避免接地不良懸浮電位放電；電流互感器二次側在GIS本體上的端子箱內完成短接接地；高壓測量分壓器盡可能靠近被試品，以保證測量電壓為被試設備耐壓實際值。

（2）增加電抗器數量，增大變頻電源和勵磁變壓器容量、增強設備的絕緣性能。GIS耐壓試驗裝置的品質因數 Q值在陰天或空氣濕度較大的情況下，將會減少30%左右，這使得勵磁變壓器輸入電壓增大，電流增大，試驗設備制造廠家進一步加大勵磁變壓器輸出電壓30%。

采取上述措施后，重新進行單相耐壓試驗，系統諧振頻率基本在45～55 Hz之間，系統工作穩定正常。

3 結束語

綜上所述，GIS耐壓試驗是一項大型試驗，由于試驗電壓高、危險點多、過程復雜，因此，要求試驗人員清楚了解串聯諧振的原理和方法，試驗流程，并能夠分析試驗結果。試驗中出現非正常現象時，需先排除試驗設備、接線等外部因素的影響。

試驗中，對GIS設備試驗結果要仔細分析，切勿貿然施加電壓，以免GIS設備多次承受試驗電壓而造成不利后果。同時，如果具備條件，應盡量使試驗設備和被試設備的電氣參數匹配，讓系統的諧振頻率接近50 Hz，這樣有利于發揮耐壓設備的容量，同時也更符合GIS設備的工況。

另外，由于 Q值受天氣影響較大，應對設備及時進行清潔、干燥，盡量選擇干燥、晴朗天氣進行試驗以消除不利因素。

[1]DL/T 555氣體絕緣金屬封閉電器現場耐壓試驗導則[S].