一起GIS 斷路器并聯電容介損及電容量測量異常分析

饒 蕾，韓尊占

（中國長江電力股份有限公司三峽水力發電廠，湖北 宜昌 443133）

0 引言

隨著國民經濟的發展，電力系統等級和容量不斷擴大，系統的短路故障也急劇增加。斷路器作為電網中重要的一次設備，其開斷能力直接關系到電網的安全穩定運行。

500 kV 斷路器一般采用罐式斷路器，在斷路器主端口并聯電容器。斷路器的端口并聯電容可以有效的改善斷路器端口電壓分布，降低斷路器端口恢復電壓上升率。在DL/T 596-2021《電力設備預防性試驗規》中的斷路器電容器試驗項目規定了對介質損耗因數的要求：10 kV 下的介質損耗因數值：膜紙復合絕緣：tanδ≤0.25%。

GIS 設備為SF6氣體絕緣金屬封閉開關設備，GIS 斷路器端口并聯電容安裝在斷路器隔室內部，在正常檢修工作中，GIS 斷路器端口并聯電容的電容值和介質損耗因數tanδ是無法單獨測量的。在使用正接線測量兩端口并聯電容串聯的電容值和介質損耗因數tanδ時，試驗的實際測量為斷路器端口并聯電容、斷路器端口、兩側對地及其他兩相和地之間的電容和介損的測量值。當發現測量的介損或電容量存在異常時，再對斷路器解體進行每端口并聯電容的檢測。

本文通過對某電站斷路器的端口并聯電容測量時電容及介損量測量結果異常進行分析，找到導致該測量結果異常的因素，并提出解決方案。

1 概述

某電站GIS 設備是由西安開關電氣設備有限公司生產。有3 條進線，3 條出線，1 條聯絡線，共17個斷路器。斷路器采用臥式雙端口,垂直壓氣式滅弧結構，以SF6作為滅弧介質，并在每個端口處安裝并聯電容。該電容為膜紙復合絕緣材料。圖1 為斷路器內部結構的示意圖，該電站GIS 設備通過盆式絕緣子分成容量不同的密閉空腔，稱為隔室。隔室內充有SF6氣體。斷路器、隔離開關、電壓互感器、避雷器、空氣/SF6套管采用單獨隔室。圖1 中已標注并聯電容，該電容并聯安裝在斷路器端口，每個端口安裝兩個電容。由于斷路器是雙端口結構，每個斷路器隔室內安裝有4 個電容。并聯電容的電容及介質損耗的測量可反映出該電容是否有臟污、受潮或電容元件是否擊穿等絕緣缺陷。

圖1 斷路器內部結構的示意圖

2 試驗原理

介質損耗角tanδ是交流電壓下電介質中的有功分量和無功分量的比值，是一個無量綱的數，在均勻介質中，它反應的是單位體積介質內的介質損耗。通過測量tanδ，可以反映出絕緣的一些列缺陷（絕緣受潮、臟污、油介質劣化變質等），介質在交流電壓作用下絕緣的等值電路和相量圖如圖2 所示。

圖2 電容介損測量等值電路圖和相量圖

斷路器端口并聯電容介損及電容測量采用正接法，正接線法適用于被測試品兩端對地絕緣，高壓直接加在被測試品兩端。其電容和介損測量原理圖[4]如圖3 所示。

圖3 正接法原理圖

斷路器并聯電容安裝在斷路器氣室內部，與斷路器并聯，斷路器整體包裹在氣室內部，只有與斷路器相連的地刀連片裸露可見，在試驗時，接線端接在與斷路器相連的地刀連片，信號端接斷路器相連的另一地刀連片，構成測量回路。地刀連片斷開位置如圖4 所示。

圖4 地刀連片斷開圖

3 試驗及其結果分析

3.1 試驗過程

某電廠進行時斷路器5532 的端口并聯電容測量時電容及介損量（考慮到從地刀連片加電壓，地刀連片的耐受電壓為2 kV），環境溫度12℃，濕度50%，出現介損超標和電容測量不合格的現象。

表1 5532 的端口并聯電容測量時電容及介損量首次測量

5532 斷路器并聯電容安裝在斷路器氣室內部，與斷路器并聯，該試驗的實際測量值為斷路器并聯電容、斷路器端口、兩側對地及其他兩相和地之間的電容和介損的測量值。實際測量的等值電路圖如5所示，圖5 中Cx和Rx支路表示4 個并聯電容的混連等效電路，C斷和R斷支路為斷路器端口間的等效電路，C環和R環支路表示地刀連片（加壓端）與地之間的等效電路，Cb和Rb支路為被測相與其他兩相間的等值電路圖。由圖中可知，影響電容測量的因素較多，儀器所測得的電路可等效為圖6 所示。

圖5 各支路等效電路圖

圖6 總電路等效電路圖

圖5 回路中任何一條支路中R的減小都會引起總支路中R減小。回路中iR增大，介質損耗增大。

為了排除各條支路的影響，將與斷路器相連的地刀連片與地之間的絕緣墊塊加屏蔽線，測量結果與之前無異。排除地刀連片（加壓端）與地之間的支路對測量結果的影響。

現場檢查，與5532 斷路器相連的地刀553217及553227 均加裝有微動開關，微動開關為地刀的位置節點。下圖7 為微動開關。將現場檢查，地刀的每相均安裝有微動開關，其中B、C 相微動開關的二次線通過軟管連接到A 相。軟管中帶鎧，且搭在隔室的外殼（外殼接地）上。

圖7 微動開關

將軟管與微動開關旋開，且用絕緣紙將其與外殼搭接部位進行電氣隔離。重新進行斷路器的端口并聯電容的電容及介損測量，測量結果如表2：

表2 斷路器的端口并聯電容的電容及介損第2 次測量

由測量結果可已看出，斷路器的端口并聯電容的介損值較初次測量值有所下降，但變化不大。

將B 相換向器（內裝設微動開關）外殼拆開，發現微動開關的二次線與換向器外殼搭接，如圖8 所示,在介損測量時，地刀553217、553227 換向器外殼及內部導體等電位。

圖8 B、C 微動開關的二次線與換向器外殼搭接圖

測量微動開關二次線和換向器外殼間絕緣為0.29 MΩ，為排除微動開關對測量回路的影響，對5532 斷路器三相短接加壓，分別從A、B、C 兩一側取信號，試驗結果如表3 所示。

表3 斷路器的端口并聯電容的電容及介損第3 次測量

由測量結果可以看出，可以排除地刀553227 及553217 微動開關影響，但無法排除測量相與其他相之間的電氣回路。地刀553217 相間通過連桿實現機械傳動，通過上述測量結果，對地刀553217 相間進行電氣導通性測試，發現B、C 相之間通過連桿有電氣連接，將三相短接加壓，另一側三相短接取信號，側得的電容值為三相電容的并聯電容值，介損值合格。測量結果如表4 所示。

表4 斷路器的端口并聯電容的電容及介損第4 次測量

3.2 原因分析

圖9 向量圖

圖10 等效電路圖

由于斷路器端口并聯電容安裝在斷路器隔室內，隔室內充有SF6氣體，斷路器端口并聯電容受潮的幾率很小，一般按周期測量斷路器隔室的SF6水分及純度。斷路器隔室的SF6水分及純度滿足規程要求時，可認為斷路器端口并聯電容不存在受潮或臟污等的情況。

若斷路器隔室的SF6水分及純度異常時，可考慮對三相整體進行斷路器端口并聯電容的電容及介質損耗測量，電容量滿足三相并聯值，且介損測量值（3 倍）滿足要求時小于或接近0.2%時，認為斷路器端口并聯電容未受潮。

若此時的測量值不滿足要求要求，考慮將微動開關及連桿拆除后，再分相實施試驗。

4 結語

本文通過對一起斷路器端口并聯電容的電容及介質損耗測量數據不合格進行原因分析，查找引起測量數據不合格的外圍因素。最終鎖定與斷路器連接的地刀（從該處施加電壓）加裝的微動開關的二次線與換向器外殼（與加壓端電氣連接）間的絕緣較低引起該處泄漏較大，且B、C 相間通過連桿電氣連接在一起，導致介損值偏大和電容值的測量不準確。現場工作中，由于設備的多樣性及復雜性，會給高壓試驗的測量結果的準確性造成較大影響。在開展電氣高壓試驗工作時，要根據現場的實際回路對數據進行分析，盡量排除外界因素對高壓試驗的進行造成干擾。