GIS設備同頻同相交流耐壓試驗技術應用探討

吳偉

摘 要：探索應用基于同頻同相原理的GIS設備交流耐壓試驗新方法，在雙母線接線GIS設備擴建或檢修后進行交流耐壓試驗時，施加在母線隔離開關斷口上的試驗電壓和運行電壓頻率相位均相同，斷口上承受的電壓幅值為兩側電壓絕對值之差，遠低于隔離開關斷口的絕緣水平。

關鍵詞：同頻同相；交流耐壓；危險點預控

GIS設備因在節約用地、簡化運維等方面有顯著的優越性，在城市電網建設中大量應用。隨著供電負荷不斷提升及電網的優化需求，GIS設備改擴建工程逐年增多；早期投運的GIS設備運行年限的增長，大量GIS設備進入維修周期。在大量GIS設備擴建、大修工作中，為配合GIS設備耐壓試驗，按照傳統的耐壓試驗方法，我們須將GIS母線全停，需克服轉供電難的困難，承受高電網風險。為此，推廣應用不需GIS母線全停的同頻同相交流耐壓試驗技術顯得尤為必要。

1 同頻同相交流耐壓試驗原理

同頻同相交流耐壓試驗裝置是在傳統的調感串聯諧振裝置的基礎上，基于同頻同相原理的新型耐壓裝置。由PT獲取運行母線的電壓信號作為試驗參考信號，通過鎖相環、線性推挽放大等技術，使得裝置最終輸出與運行母線電壓的頻率和相位相同的試驗電壓，接線原理如圖1所示。

鎖相環的輸入信號經過阻抗匹配、信號濾波、放大后，提取相位參考信號，同時送入相位比較器，經過不斷的調整，使得取樣信號的頻率與PT二次信號一致，兩者之間的相位差處于很小的范圍以內，使整個系統進入了同頻同相的鎖定狀態。保護監控實時監控施加在GIS斷口上的試驗電壓，發現超過用戶設定的保護整定值或相位差異常，則發出故障信號，并立即關斷變頻電源的輸出，停止給試品加壓。

2 GIS設備母線隔離開關斷口電壓分析

根據規程規定，采用現有的GIS設備現場交流耐壓試驗方法，試驗過程中同一電壓等級的GIS設備必須全部停電，這是因為在GIS設備擴建或檢修間隔后，特別是對于雙母線接線的GIS變電站，無論是采用串聯諧振或者利用電抗器并聯補償等方法進行現場交流耐壓試驗，由于試驗電壓和運行電壓是兩個不同的系統，他們的頻率和相位不一定相同，而新建或檢修部分與原有運行部分之間僅通過母線隔離開關斷開，斷口電壓與試驗電壓和運行電壓均有關系，其值取決于試驗電壓和運行電壓的頻率及相位，隨時間變化，具有不確定性，因而帶電試驗可能造成隔離斷口突發擊穿的情況。

如果要不停電地進行GIS設備現場交流耐壓試驗，首先必須清楚地分析隔離斷口上電壓的變化情況。這里以GIS設備新建間隔后帶電進行耐壓的情況進行分析，此時假設I母線和II母線均帶電運行，同電壓等級的GIS設備不停電，試驗時直接通過套管對新建的間隔進行加壓，如圖2所示，接地刀閘D1～D3都斷開，隔離開關DS1閉合，DS2和DS3斷開，斷路器CB1閉合。在試驗過程中，隔離開關DS2和DS3斷口兩端承受的電壓為運行母線相電壓和耐壓試驗電壓差（向量差）。

2.1 試驗電壓和運行電壓頻率相位均不同

如果試驗電壓和運行電壓頻率相位不同，則隔離開關斷口電壓：

此時隔開開關斷口上電壓與試驗電壓和運行電壓一起變化，且當隔離開關斷口上電壓為試驗電壓與運行電壓幅值之差，如圖3-（b）所示（其中U1為耐壓試驗電壓，U2為母線運行電壓），其上所承受的電壓最低，斷口處將不會出現擊穿的情況。

通過上面的分析我們可以發現，在對GIS設備進行現場不停電交流耐壓試驗時，只要試驗電壓和運行電壓頻率相位不一致，在試驗過程中必然出現試驗電壓疊加反向運行電壓，使隔離斷口出現電壓最大的情況，因此傳統的試驗方法不能滿足運行部分帶電進行交流耐壓試驗的條件；只有當試驗電壓與運行電壓頻率相位一致時，隔離開關斷口處所承受的電壓為試驗電壓和運行母線電壓之差（最小值），肯定不會出現斷口擊穿的情況，對原有的GIS運行部分和新建部分均不會產生影響，就可以解決必須全部停電才能進行試驗的難題。

3 GIS設備同頻同相交流耐壓試驗過程危險點分析及預控措施

GIS設備母線不停電交流耐壓試驗前須做好危險點的分析，并制定相應的預控措施，確保試驗過程中人員、設備及電網的安全。

3.1 PT二次信號取樣有問題，例如所取信號相別不對、不是同名端或者短路等。預控措施：（1）每次試驗前都應該先測量PT二次信號模擬單元兩側直阻值以及信號線絕緣電阻等，以保證其正常可靠；（2）PT二次取樣信號線的高壓端和地端有明顯標記；（3）PT二次取信號應該由供電局現場的專職人員來保證，并需經過雙方共同確認。試驗中還應設專人看護，防止誤碰等情況發生；（4）試驗系統中還設有母線PT取樣信號缺失保護、母線PT取樣信號劇烈波動保護和母線PT取樣信號頻率異常保護，一旦發現所取PT二次信號有上述異常，會立刻報警并啟動相關保護。

3.2 耐壓試驗過程中，運行母線側刀閘氣室絕緣擊穿可能導致運行母線發生接地故障，此時如果母差保護或運行線路間隔開關拒動，將造成上級電源越級跳閘，擴大事故范圍。預控措施：耐壓試驗停電檢修方式單中，注明運行線路對側距離II段保護的動作時間縮短；耐壓試驗前，由變電繼保人員檢查母差保護運行正常。

3.3 母線隔離開關分閘不到位導致斷口絕緣距離不夠。預控措施：做好分閘到位標識、操作完檢查確保分閘到位，必要時增加X射線成像，確保母線隔離開關分閘到位。

3.4 母線隔離開關斷口絕緣能力下降。預控措施：（1）試驗前對GIS進行氣體濕度測試、氣體分解物測試及局放檢測，確保其絕緣狀態正常；（2）加壓過程中對母線隔離開關進行局放帶電測試，實時監測其絕緣狀況，一旦發現異常立刻降低電壓、停止試驗。

4 結束語

基于同頻同相原理的GIS設備交流耐壓試驗新方法已在部分變電站進行了試點應用，該試驗方法突破了國內相關技術瓶頸，為避免GIS設備擴建或檢修間隔后全站停電進行交流耐壓試驗提供了有效的技術手段，極大提高了供電可靠性。

參考文獻

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