1 100 kV GIS設(shè)備的分段絕緣試驗(yàn)方法

任敬國(guó)，鄭建，李杰，師偉，張振軍

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003）

1 100 kV GIS設(shè)備的分段絕緣試驗(yàn)方法

任敬國(guó)，鄭建，李杰，師偉，張振軍

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003）

提出一種用于特高壓泉城站1 100 kV氣體絕緣組合電器（GIS）的分段絕緣試驗(yàn)方法。首先，分析主回路絕緣試驗(yàn)方法，詳細(xì)闡述試驗(yàn)原理、加壓程序、試驗(yàn)步驟和試驗(yàn)結(jié)果的判定方法。然后，基于電氣主接線圖提出試驗(yàn)的分段方法。最后，給出試驗(yàn)的估算方法，包含各試驗(yàn)階段的估算值、試驗(yàn)容量估算值和電纜選擇。所提出的方法能夠?yàn)樘馗邏喝钦?100kV GIS設(shè)備的主回路絕緣試驗(yàn)提供參考。

特高壓；組合電器；絕緣試驗(yàn)

0 引言

SF6氣體絕緣組合電器（Gas Insulated Switchgear，GIS）的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配和運(yùn)輸均按照單元化進(jìn)行［1-3］。為了考核GIS設(shè)備的絕緣性能，檢驗(yàn)檢查設(shè)備在生產(chǎn)、裝配、運(yùn)輸和安裝過(guò)程中是否存在缺陷，需要對(duì)GIS設(shè)備開(kāi)展主回路絕緣性能試驗(yàn)，其中的工頻耐壓和局放測(cè)試能夠充分反映交接前GIS設(shè)備的主回路絕緣狀態(tài)［4-6］。

錫盟—山東輸電工程1 000 kV泉城站1 100 kV GIS設(shè)備采用3／2接線形式，主母線長(zhǎng)度約450 m，具有2條主變進(jìn)線和6條線路出線，構(gòu)成2個(gè)完整串和4個(gè)不完整串，共14個(gè)斷路器間隔，是目前1 100 kV GIS間隔數(shù)最多的特高壓交流變電站。受限于試驗(yàn)設(shè)備容量和現(xiàn)場(chǎng)安裝進(jìn)度，泉城站1 100 kV GIS設(shè)備的主回路絕緣試驗(yàn)必須分段進(jìn)行，其分段試驗(yàn)方法有待進(jìn)一步地探討和計(jì)算。

目前，1 100 kV GIS主回路絕緣試驗(yàn)分段方法和參數(shù)估算方法受到了越來(lái)越多的關(guān)注。文獻(xiàn)［7］闡述了1 100 kV GIS交接試驗(yàn)過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)，提及主回路絕緣試驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用方法有待研究。文獻(xiàn)［8］給出皖電東送工程1 100 kV GIS主回路絕緣分段試驗(yàn)方案，但是沒(méi)有給出試驗(yàn)參數(shù)的估算方法。因此，1 100 kV GIS主回路絕緣試驗(yàn)分段方法及試驗(yàn)參數(shù)估算方法有待進(jìn)一步地探討和細(xì)化。

詳細(xì)介紹泉城站1 100 kV GIS的分段絕緣試驗(yàn)方法。首先分析了耐壓局放試驗(yàn)的接線原理、加壓程序、試驗(yàn)步驟和結(jié)果判定方法，然后給出耐壓局放試驗(yàn)的分段方法，最后提出各試驗(yàn)階段電流值和頻率值的估算、試驗(yàn)容量估算和電流選擇方法。所提出的分段方法能夠綜合考慮GIS安裝進(jìn)度、試驗(yàn)設(shè)備容量與試品容量的匹配特性等因素的影響，能夠保證特高壓GIS主回路絕緣試驗(yàn)分段的合理性。所提出的試驗(yàn)估算方法能夠快速、準(zhǔn)確地確定各試驗(yàn)階段

的電氣量，為試驗(yàn)設(shè)備的選擇提供了一種簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的方法。

1 耐壓局放試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原理

試驗(yàn)電壓從GIS的出線套管處施壓，將電壓施加到每相導(dǎo)體和外殼之間，非被試相應(yīng)可靠接地。每個(gè)部件至少加一次試驗(yàn)電壓。耐壓試驗(yàn)采用串聯(lián)諧振電路，試驗(yàn)接線原理見(jiàn)圖1。圖中，Cx為被試設(shè)備主回路等效對(duì)地電容，L為電抗器，D為分壓器（等效分壓電容C1和C2），T為試驗(yàn)變壓器。

試驗(yàn)中，加壓部分連接引線使用φ500 mm金屬波紋管，以減小電暈損耗。

圖1 GIS主回路交流耐壓試驗(yàn)接線原理

1.2 加壓程序

整個(gè)試驗(yàn)分老練試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)和局部放電測(cè)試，試驗(yàn)過(guò)程中各加壓環(huán)節(jié)使用數(shù)字秒表進(jìn)行精確計(jì)時(shí)。

老練及耐壓試驗(yàn)加壓程序如圖2所示，從零電壓升壓至577 kV，測(cè)量母線TV空載電流，然后升壓至，持續(xù)10 min，接著升壓至，持續(xù)20 min，最后升壓至Um（1100kV），持續(xù)1 min。

圖2 主回路絕緣試驗(yàn)加壓程序示意

1.3 試驗(yàn)步驟

根據(jù)安裝進(jìn)度和GIS設(shè)備電容量，對(duì)GIS進(jìn)行分段耐壓試驗(yàn)。

檢查確認(rèn)所有電流互感器二次均短接接地、所有電壓互感器二次端子無(wú)短接現(xiàn)象，非被試相可靠接地。

試驗(yàn)前，用5 000 V兆歐表測(cè)量每相導(dǎo)體對(duì)地絕緣電阻。

按1.2節(jié)規(guī)定的加壓程序進(jìn)行老練和耐壓試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中，使用紅外熱像儀觀測(cè)試驗(yàn)設(shè)備發(fā)熱情況。

耐壓試驗(yàn)結(jié)束后，按1.2節(jié)規(guī)定進(jìn)行局部放電測(cè)試。試驗(yàn)過(guò)程中，使用紫外成像儀對(duì)試驗(yàn)回路和被試設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)電暈放電后采取相應(yīng)屏蔽措施。使用超聲局放檢測(cè)儀和特高頻局放進(jìn)行局部放電測(cè)試。

試驗(yàn)后，用5 000 V兆歐表測(cè)量每相導(dǎo)體對(duì)地絕緣電阻，與試驗(yàn)前相比絕緣電阻應(yīng)無(wú)明顯變化。

1.4 試驗(yàn)結(jié)果判定

如果GIS的每一個(gè)部件在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中未發(fā)生擊穿放電現(xiàn)象且未檢測(cè)到異常局部放電信號(hào)，同時(shí)試驗(yàn)前后的絕緣電阻變化不大，試驗(yàn)前后母線TV空載電流誤差在30%以內(nèi)，則認(rèn)為GIS通過(guò)試驗(yàn)。

在試驗(yàn)過(guò)程中如果發(fā)生擊穿放電，不允許再次進(jìn)行耐壓，應(yīng)結(jié)合擊穿定位系統(tǒng)，查找擊穿位置，并與廠家和現(xiàn)場(chǎng)專家組共同協(xié)商后確定下一步方案。

2 試驗(yàn)分段方法

泉城站1 100 kV GIS采用一個(gè)半斷路器接線，本期6線2變，組成2個(gè)完整串4個(gè)不完整串，共安裝14臺(tái)斷路器。采用階段性安裝和試驗(yàn)的方式進(jìn)行試驗(yàn)。

綜合考慮GIS電容量以及試驗(yàn)設(shè)備的容量，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)安裝計(jì)劃進(jìn)度，分段耐壓試驗(yàn)可按4個(gè)階段完成。第一次耐壓試驗(yàn)從1號(hào)主變進(jìn)線套管處加壓，試驗(yàn)范圍如圖3所示，圖中陰影區(qū)域?yàn)槟妇€分段處；第二次耐壓試驗(yàn)從2號(hào)主變進(jìn)線套管處加壓，試驗(yàn)范圍如圖4所示；第三次耐壓試驗(yàn)從石家莊1出線套管處加壓，試驗(yàn)范圍如圖5所示；第四次耐壓試驗(yàn)從北京東1出線套管處加壓，試驗(yàn)范圍如圖6所示。

圖3 第一次分段耐壓試驗(yàn)范圍示意

圖4 第二次分段耐壓試驗(yàn)范圍示意

圖5 第三次分段耐壓試驗(yàn)范圍示意

圖6 第四次分段耐壓試驗(yàn)范圍示意

3 試驗(yàn)估算

3.1 各試驗(yàn)階段的估算值

第一次分段耐壓試驗(yàn)采用4節(jié)通電諧振電抗器（80 H，15 A）作為串聯(lián)電抗器，則諧振回路的等效電抗值為320 H。第二、三、四次分段耐壓試驗(yàn)采用4節(jié)耐壓諧振電抗器（4×120 H，10 A）作為串聯(lián)電抗器，采用4節(jié)通電諧振電抗器（4×80 H，15 A）作為并聯(lián)補(bǔ)償電抗器，則諧振回路的等效電抗值為192 H。因此，各試驗(yàn)階段GIS對(duì)地電容量、試驗(yàn)頻率和試驗(yàn)電流估算值見(jiàn)表1。

3.2 所需試驗(yàn)容量估算

根據(jù)表1的估算，GIS最大電容量Cx=33 598 pF，等效電抗值為L(zhǎng)=192 H，試驗(yàn)電壓為Um=1 100 kV。勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)采用30 kV接線抽頭，額定電流為6.43 A，低壓側(cè)采用0.35 kV接線抽頭，額定電流

為2×642 A。分壓器電容量C0為1 000 pF。故試驗(yàn)頻率為

表1 各試驗(yàn)階段的估算值（Q=80）

流過(guò)串聯(lián)電抗器（4×120 H，10 A）的最大試驗(yàn)電流為

流過(guò)并聯(lián)電抗器（4×80 H，15 A）的最大試驗(yàn)電流為

流過(guò)試品的最大試驗(yàn)電流值為

由于變頻柜的變換系數(shù)為1.4，則變頻柜的輸入電流，即電源最大輸出電流為

假定電源電壓Us為400 V，則可估算出耐壓試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)變壓器所需容量為

3.3 電纜選擇

勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)與GIS套管間的連接導(dǎo)線采用截面積10 mm2的絕緣銅線外套直徑500 mm的金屬波紋管，其可通過(guò)的最大電流為60 A。試驗(yàn)時(shí)最大電流為14.34 A，滿足要求。

變頻柜與勵(lì)磁變壓器間的連接電纜采用截面積2×120 mm2的銅芯電纜，其可通過(guò)的最大電流為820 A。試驗(yàn)時(shí)最大電流為506.57 A，滿足要求。

根據(jù)變頻柜技術(shù)手冊(cè)，變頻柜要求輸入電源電壓在380 V以上。若從電源點(diǎn)到變頻柜之間連接電纜選擇120 mm2的銅芯電纜，可通過(guò)的最大電流為410 A，而變頻柜輸入電流最大為361.84 A，故可滿足要求。

若電纜長(zhǎng)度按300 m配置，按25℃下銅線電阻率0.01851Ω·mm2／m估算，300m電纜電阻為0.03Ω，在361.84 A工作電流下電壓降約為10.86 V，為保證

輸入電源電壓在380 V以上，電源電壓至少應(yīng)達(dá)到390.86 V。

4 結(jié)語(yǔ)

闡述工頻耐壓和局放測(cè)試的接線方法、加壓程序、試驗(yàn)步驟和結(jié)果判定方法，利用主接線圖的形式提出了絕緣試驗(yàn)的分段方法，完成了絕緣試驗(yàn)各階段電流值和頻率值的估算、試驗(yàn)容量的估算和電纜的選擇。所提出的分段絕緣試驗(yàn)方法能夠?yàn)樘馗邏喝钦? 100 kV GIS設(shè)備的主回路耐壓及局放試驗(yàn)提供可靠的指導(dǎo)和參考。

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Segmented Insulation Test Method for 1 100 kV GIS Equipment

REN Jingguo，ZHENG Jian，LI Jie，SHI Wei，ZHANG Zhenjun
（State Grid Shandong Electric Power Research Instittute，Jinan 250003，China）

A segmented insulation method for 1 100 kV gas insulated switchgear（GIS）equipment in Quancheng ultra-high voltage（UHV）substation is put forward.First，the insulation test method of the main circuit is given and then the test principle，voltage program，test procedures and the test result determination method are explained in detail.Then，the segmentation method is presented based on electrical wiring diagram.Finally，the estimation method of the insulation test is outlined，including estimation in each test step，the test capacity estimation and the cable selection.The proposed method is efficient and reliable to accomplish the insulation test method of the main circuit for 1 100 kV GIS equipment in Quancheng substation.

ultra-high voltage（UHV）；GIS；insulation test

TM595

A

1007－9904（2016）10－0029－05

2016-05-15

任敬國(guó)（1986），男，工程師，博士，從事電力設(shè)備帶電檢測(cè)、狀態(tài)評(píng)價(jià)和診斷等工作。