500kV GIS現(xiàn)場(chǎng)沖擊電壓試驗(yàn)方法分析

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司揚(yáng)州運(yùn)維分部 朱菁菁

GIS因其所具有的體積小、占地面積少、維護(hù)量少以及抵抗外力干擾強(qiáng)等特點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于GIS設(shè)備來講，為確保其運(yùn)輸與安裝環(huán)節(jié)不出現(xiàn)任何問題，必須壓對(duì)其進(jìn)行主回路絕緣試驗(yàn)，檢查其絕緣性能是否存在異常。為確保GIS設(shè)備能夠保持良好狀態(tài)投入到生產(chǎn)運(yùn)行中，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，需要對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)后，還需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)沖擊試驗(yàn)，在正式投運(yùn)前對(duì)其進(jìn)行全方位檢查，排除任何隱患。

一、GIS設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)沖擊電壓試驗(yàn)分析

GIS設(shè)備在運(yùn)輸以及現(xiàn)場(chǎng)安裝階段中可能會(huì)出現(xiàn)的絕緣缺陷主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面為自由導(dǎo)電微粒以及設(shè)備內(nèi)部侵入灰塵，對(duì)絕緣性能產(chǎn)生影響，出現(xiàn)運(yùn)行缺陷。另一方面則是絕緣件自身性能缺陷，再加上安裝及運(yùn)輸環(huán)節(jié)外力影響導(dǎo)致電極表面損傷，造成固定絕緣缺陷。為確保GIS設(shè)備可以維持最佳狀態(tài)投入到生產(chǎn)運(yùn)行中，必須要對(duì)其進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，但是其無(wú)法完全暴露出存在的所有絕緣缺陷，可靠性比較低，必須要采取新的檢測(cè)手段，與原有的交流耐壓試驗(yàn)進(jìn)行互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS設(shè)備投運(yùn)前的全面檢查。與普通500kV變電站相比，直流工程的500kV GIS具有更多間隔，并且管道長(zhǎng)、電容量大，對(duì)運(yùn)行環(huán)境條件的要求更為嚴(yán)格，由此就決定了試驗(yàn)對(duì)大電容負(fù)載下雷電沖擊電壓試驗(yàn)?zāi)芰μ岢隽烁咭螅仨氁龊妹總€(gè)細(xì)節(jié)控制，確保試驗(yàn)結(jié)果的可靠性[1]。

二、現(xiàn)場(chǎng)沖擊電壓試驗(yàn)過程

1.實(shí)例分析

以某換流站為對(duì)象，其直流輸電容量為3000MW，額定電壓±500kV，每極1個(gè)12脈動(dòng)閥組與6臺(tái)雙繞組變壓器。其中，±500kV直流出線1回，接地極出線1回；500kV交流出線8回，220kV交流出線16回。500kV交流場(chǎng)應(yīng)用的為3/2接線方式，共存在9串，安裝GIS設(shè)備，且GIS管道長(zhǎng)度大約為2500m/每相[2]。

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)沖擊電壓試驗(yàn)，確定試驗(yàn)設(shè)備為1800kV/180kJ沖擊電壓發(fā)生器，共包括CDY-HW 1800kV/180kJ沖擊電壓發(fā)生器本體、CCK-2511計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制系統(tǒng)、FYW-2000kV弱阻尼電容分壓器幾部分組成[3]。仿真不同負(fù)載電容量狀態(tài)下CDYHW 1800kV/180kJ可移動(dòng)式?jīng)_擊電壓發(fā)生器的雷電波形。以相關(guān)規(guī)范為依據(jù)，對(duì)于GIS設(shè)備雷電沖擊試驗(yàn)來講，雷電沖擊波的波前時(shí)間小于8μs，振蕩雷電沖擊波前時(shí)間小于15μs。

第一，標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓仿真。當(dāng)直接將沖擊源與GIS設(shè)備連接時(shí)，沖擊發(fā)生器帶大電容負(fù)載能力不足，一旦負(fù)載電容量達(dá)到40nF后，就會(huì)出現(xiàn)輸出雷電波形嚴(yán)重變形的情況，且波前時(shí)間為1μs，不符合雷電沖擊波前時(shí)間8μs的要求，只能保證61%的沖擊電壓輸出效率，不能完全實(shí)現(xiàn)GIS設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要求。而在負(fù)載電容量達(dá)到30nF后，雖然能夠達(dá)到雷電沖擊波前時(shí)間8μs的要求，但是沖擊電壓的輸出效率為66%，同樣無(wú)法達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)要求。

第二，振蕩雷電沖擊電壓仿真。設(shè)置波前電阻為70Ω+0.1mH×8，半峰值電阻為72//3.5kΩ×9，按照專業(yè)規(guī)范操作，確定應(yīng)用振蕩雷電沖擊波試驗(yàn)可以滿足GIS設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)要求。在負(fù)載容量達(dá)到40nF時(shí)，波前時(shí)間為15μs，輸出效率可以達(dá)到91%；在負(fù)載容量達(dá)到30nF時(shí)，波前時(shí)間為12μs，輸出效率可以達(dá)到100%[4]。根據(jù)仿真結(jié)果可以確定，在進(jìn)行GIS設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)沖擊電壓試驗(yàn)時(shí)，需要將負(fù)載電容量控制在30nF以內(nèi)，可以滿足試驗(yàn)檢測(cè)要求。

3.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)程序

3.1 設(shè)備調(diào)試

對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，必須要保證是在空載條件下，以充電電壓以及放電電壓為依據(jù)，計(jì)算得到空載條件下設(shè)備運(yùn)行效率，根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷設(shè)備是否維持在良好運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 沖擊電壓試驗(yàn)

需要在負(fù)載條件下來進(jìn)行GIS設(shè)備的沖擊電壓試驗(yàn)，以額定雷電沖擊耐受電壓的80%作為試驗(yàn)電壓，即1675×0.8=1340kV。其中，要先針對(duì)負(fù)極性進(jìn)行試驗(yàn)，并根據(jù)負(fù)極性方法完成正極性的雷電沖擊電壓試驗(yàn)。

4.試驗(yàn)回路

換流站500kV GIS氣室比較長(zhǎng)，GIS設(shè)備入口電容甚至達(dá)到125nF，遠(yuǎn)超出試驗(yàn)設(shè)備可以承受的最大限度。并且如果電容負(fù)載過大，將會(huì)造成雷電沖擊波前時(shí)間延長(zhǎng)和沖擊峰值降低，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)時(shí)無(wú)法提供符合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的雷電沖擊波。對(duì)GIS設(shè)備承載能力、仿真結(jié)果進(jìn)行綜合分析，并結(jié)合設(shè)備發(fā)電后故障點(diǎn)查找要求，最終確定將整個(gè)500kV GIS分為五段來展開試驗(yàn)檢測(cè)。

三、試驗(yàn)判斷依據(jù)與擊穿位置

1.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)判斷依據(jù)

1.1 無(wú)擊穿放電

需要對(duì)設(shè)備正、負(fù)極性振蕩沖擊電壓試驗(yàn)進(jìn)行分別考核，如果GIS設(shè)備各部件可以連續(xù)3次全部達(dá)到耐受規(guī)定的試驗(yàn)電壓，并且不存在擊穿放電情況，便可確認(rèn)該設(shè)備無(wú)絕緣故障，通過試驗(yàn)檢測(cè)。

1.2 部件擊穿放電

如果對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)沖擊電壓試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)了擊穿放電情況，則需要按照規(guī)定程序進(jìn)行確認(rèn)。第一，重復(fù)試驗(yàn)。如果在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)過程中，振蕩雷電沖擊電壓試驗(yàn)失敗1次，則應(yīng)該依照專業(yè)規(guī)范再次進(jìn)行試驗(yàn)。假如對(duì)正、負(fù)極性各連續(xù)3次試驗(yàn)，且達(dá)到耐受試驗(yàn)電壓并未發(fā)生擊穿放電現(xiàn)象，可判斷該電為自恢復(fù)放電，將其歸為通過電壓試驗(yàn)。假如重復(fù)試驗(yàn)再次失敗，則需要按照第三步繼續(xù)進(jìn)行。第二，綜合放電能量以及放電產(chǎn)生的聲、光、電以及化學(xué)等效應(yīng)，以及耐壓過程中所應(yīng)用到的其他故障診斷技術(shù)所供材料，判斷放電氣室實(shí)際狀態(tài)。第三，對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行解體處理，即將放電氣隔打開，檢查確認(rèn)絕緣是否存在異常。假如可以直接確定故障的絕緣部件，需要對(duì)其進(jìn)行更換，然后再次進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)與振蕩沖擊電壓試驗(yàn)[5]。但是如果經(jīng)過全部檢查后未發(fā)現(xiàn)故障的絕緣部件，則需要按照規(guī)定將氣室完全恢復(fù)，然后重新對(duì)設(shè)備進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)以及振蕩雷擊電沖擊電壓試驗(yàn)。

圖1 沖擊電壓試驗(yàn)判斷依據(jù)

2.放電定位

對(duì)于GIS設(shè)備來講，根據(jù)其氣室較長(zhǎng)的特點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)沖擊電壓試驗(yàn)過程中遇到放電問題后，想要在最短時(shí)間內(nèi)尋找到故障點(diǎn)，可以采取以下兩種方法：第一，基于雷電沖擊電壓試驗(yàn)放電定位裝置的方式，即對(duì)每個(gè)氣室安裝一個(gè)放電定位儀，這樣一旦存在氣室出現(xiàn)放電問題，安裝的定位儀可以直接檢測(cè)出放電位置。第二，對(duì)GIS加壓回路管道來配置多名排查技術(shù)人員，在試驗(yàn)過程中進(jìn)行觀察和監(jiān)聽，判斷是否存在異常情況，縮小故障范圍，然后采取措施繼續(xù)尋找確定并處理。

3.試驗(yàn)過程總結(jié)

對(duì)GIS設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)沖擊電壓試驗(yàn)，為提高試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的可靠性，判斷設(shè)備是否存在絕緣故障，要求每個(gè)試驗(yàn)環(huán)節(jié)均必須要滿足規(guī)范要求。首先需要對(duì)移動(dòng)沖擊電壓發(fā)生器的輸出波形進(jìn)行仿真計(jì)算和試驗(yàn)調(diào)試，確定發(fā)生器可以承受的最大負(fù)載電容量，并掌握不同負(fù)載電容量下發(fā)生器的輸出波形，以此作為500kV GIS設(shè)備分段試驗(yàn)的重要依據(jù)[6]。然后還需要基于工程實(shí)際情況，綜合各項(xiàng)條件后選擇適應(yīng)性最強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)沖擊電壓試驗(yàn)方法，并根據(jù)試驗(yàn)過程表現(xiàn)，根據(jù)判斷依據(jù)，判斷設(shè)備是否存在絕緣故障，并且明確故障點(diǎn)后采取措施處理，使得GIS設(shè)備可以保持良好運(yùn)行狀態(tài)。

四、結(jié)束語(yǔ)

GIS設(shè)備應(yīng)用范圍不斷增加，為保證其可以正常投入到生產(chǎn)運(yùn)行中，必須要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)沖擊電壓試驗(yàn)的研究，使其與以往的交流耐壓試驗(yàn)相配合，判斷確認(rèn)設(shè)備是否在運(yùn)輸以及安裝環(huán)節(jié)受到損傷，出現(xiàn)絕緣故障，以便及時(shí)采取措施處理。