GIS交流耐壓試驗及案例分析

GIS交流耐壓試驗及案例分析摘要：GIS是氣體絕緣全封閉組合電器（GASINSULATEDSWITCHGEAR，GIS）的英文簡稱，在《GB50150-2016電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》中規(guī)定，在GIS設備安裝后投運前要進行交流耐壓試驗。本文介紹了GIS進行交流耐壓試驗的目的以及其試驗原理及方法，并通過一個擊穿案例分析了該試驗在發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部缺陷中的作用。

關鍵詞：氣體絕緣全封閉組合電器；交流耐壓試驗；串聯(lián)諧振；擊穿放電；解體

GIS由于具有占地少，防污染，防電磁干擾，不受大氣環(huán)境的影響，工作可靠等諸多優(yōu)點[1-2]，因而廣泛應用于我國的電力系統(tǒng)中。但是，由于運輸途中的影響，安裝工藝及環(huán)境條件的影響，會導致GIS絕緣性能的降低。為了檢驗GIS內(nèi)部是否清潔，絕緣強度是否滿足要求，保證運行的安全可靠性，因此，要對其進行交流耐壓試驗[3-5]。

1試驗原理及方法

1.1試驗原理

GIS交流耐壓試驗加壓采用調(diào)頻式的串聯(lián)諧振電抗器，通過調(diào)節(jié)電抗器與被試品串聯(lián)回路的頻率使之諧振，從而得到一定頻率的正弦波交流電壓，然后通過勵磁變壓器將電壓升至試驗所需的電壓值，設備原理圖如圖1所示，串聯(lián)諧振的等效電路圖如圖2所示。

圖2中，U為變壓器高壓側(cè)電壓，R、L、C分別為為試驗回路的等效電阻、等效電感以及等效電容。此時有：

以上公式中ω為角頻率，j為虛數(shù)符號，當回路中容抗XC=1/ωC與感抗XL=ωL相等時，回路處于諧振狀態(tài)，此時有：

由以上（1）、（2）、（3）可以得知，在回路處于諧振時，耐壓設備上施加的電壓為變壓器高壓側(cè)電壓U的Q倍，Q也稱為品質(zhì)因數(shù)，即可以降低試驗設備的容量與體積。此外，諧振電源是諧振式濾波電路，能夠改善輸出電壓的波形畸變，能夠有效防止諧波峰值對試品的誤擊穿。當試驗過程中發(fā)生擊穿，回路不再處于諧振狀態(tài)，回路電流會降低到試驗電流的1/Q倍，高電壓同時消失，電弧即刻熄滅，故障電流只是試驗設備的儲能放電，對試品傷害少[6-7]。

1.2試驗方法

1.2.1試驗程序

根據(jù)《GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》中的規(guī)定，GIS安裝后的交流耐壓試驗電壓值為出廠試驗值的80%，耐壓試驗為1min，試驗頻率為30~300Hz，耐壓過程中無放電即通過。通常在耐壓試驗的過程中并不是直接升壓至耐壓值，而是先施加一個較低的電壓值進行老練試驗，因為在老練試驗的過程中既可以將設備內(nèi)部存在的活動微粒雜質(zhì)遷移至低電場區(qū)以降低或消除這些微粒雜質(zhì)對設備的影響，又可以燒掉設備上的毛刺，細小微粒以及塵埃等。老練試驗電壓以及試驗時間通常由用戶及廠家協(xié)商決定，一般為系統(tǒng)最高運行電壓的相電壓進行15min老練耐壓試驗或者系統(tǒng)最高運行電壓的相電壓以及線電壓分別進行5min及3min的老練試驗，最后升壓至試驗電壓值，保持1min。

1.2.2試驗結(jié)果分析

（1）如果GIS的每個部件均在試驗電壓下耐受1min且無發(fā)生放電擊穿，則耐壓試驗通過。

（2）如果在耐壓試驗過程中（包括老練試驗），發(fā)生了放電擊穿，則重復進行一次試驗，如果試驗通過，則上次放電擊穿為自恢復放電，耐壓試驗通過，發(fā)生這種情況一般是因為設備內(nèi)表面臟污或缺陷所引起的氣體擊穿放電。如果第二次重復試驗依舊發(fā)生放電擊穿，則耐壓試驗不通過，因為這通常是固體沿面放電，最多允許發(fā)生兩次，在確定放電位置后，應對該部位進行解體處理，確定故障位置的方法一般為在設備附近安排足夠的人員，然后加壓至再次發(fā)生放電擊穿，通過聽取放電聲音來源確定具體故障位置。故障設備解體處理后，重新對其進行耐壓試驗[8-10]。

2案例分析

2.1背景信息

2014年12月，某變電站在對上海西門子550kV8DQ1HGIS進行現(xiàn)場交流耐壓試驗的過程中B08.2B相Q62隔離開關模塊的隔離開關靜觸頭側(cè)絕緣盆發(fā)生了放電擊穿。第一次升壓至606KV時，開關發(fā)生放電擊穿，此后三次試驗中，分別升壓至398kV、350kV、300kV時發(fā)生放電擊穿，隨后對發(fā)生放電擊穿的部位進行解體。

2.2解體檢查

在解體中，可以看到被擊穿的絕緣盆上面有沿著裙邊反復閃絡擊穿的放電痕跡。

圖3耐壓擊穿的絕緣盆現(xiàn)場安裝位置

圖4絕緣盆擊穿放電痕跡

2.3故障原因分析

通過對絕緣盆的檢查，可見放電痕跡表面光滑無裂痕，不存在物理破壞的痕跡，初步排除并非由于絕緣盆自身的缺陷引起擊穿。接著查閱了絕緣盆以及所在間隔的出廠試驗記錄，均一次通過工頻耐壓試驗以及局放試驗。在排除絕緣盆本身的質(zhì)量問題后，從安裝人員處了解到以下信息：設備在運送至現(xiàn)場的過程中并沒有對所有的間隔氣室都采取金屬封板預加微正壓氣體的密封保護措施，故障氣室只使用了塑料封板且沒有預加微正壓氣體的臨時封板保護措施，并且在現(xiàn)場經(jīng)歷了大雨的淋濕，部分氣室存在有水汽入侵的現(xiàn)象；另外，由于工期緊張的緣故，在溫度低以及濕度大的情況下進行安裝工作也造成了絕緣盆表面的水汽入侵。綜上原因，本次絕緣盆在耐壓過程中發(fā)生放電擊穿現(xiàn)象是由于氣室采用臨時保護措施造成水汽入侵，在現(xiàn)場環(huán)境條件的影響下，僅靠陽光照射并沒有讓入侵氣室內(nèi)部的水汽完全排出的情況下沒有對絕緣盆進行長時加熱烘干處理，造成了絕緣盆絕緣強度降低，以致耐壓時被擊穿。

3結(jié)論

（1）交流耐壓試驗能夠直接有效地對GIS的絕緣強度進行鑒定，及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在的缺陷，是保證設備安全可靠運行不可缺少的方法。

（2）GIS設備在安裝前要做好密封保護措施，防止外部水汽的入侵；在安裝的過程中也需要注意對有被水汽入侵的絕緣盆做好烘干處理。

參考文獻：

[1]

沈宏強，葛占雨.GIS交流耐壓試驗及其案例分析[J].電力建設，2013，34（4）：107-110.

SHENhongqiang，GEzhanyu。CaseAnalysisonGISACVoltageWithstandingTests[J].ElectricPowerConstruction，2013，34（4）：107-110.

[2]

QianWang，YingKaiLong，GaoLinWu，QianBoXiao.ThePrincipleandApplicationofACVoltageWithstandTestforGISwithoutPower

Cut[J].Applied

MechanicsandMaterials，2014，651-653：1113-1116.

[3]

GB50150-2016電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準[S].北京：中國計劃出版社，2016.

[4]

GB7674-2008額定電壓72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關設備[S].北京：中國標準出版社，2009.

[5]

KOYAMAHIROSHI，HOSHINAKOICHI，WADAHARUHISA.METHODANDDEVICEFORACWITHSTANDVOLTAGETEST：Japan，

JP2010008304[P].2010.

[6]

YuJ.Applicationofseriesresonantconvertersinlaserpowersupply[C]//2010IEECInternationalConferenceElectricalandControlEngineering

（ICECE）.Wuhan，China：IEEC，2010：3377-3380.

[7]

張凱，龔云峰，楊志華，胡春江。750kVGIS設備變頻串聯(lián)諧振交流耐壓試驗研究[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2014（4）：99-101.

ZHANGkai，GONGyunfeng，YANGzhihua，HUchunjiang.TheresearchofseriesresonantfrequencyACwithstandvoltagetestfor750kVGIS

Equipment[J].IndustrialInstrumentation&Automation，2014（4）：99-101.

[8]

文學，李宏仁.SF6斷路器及GIS的現(xiàn)場交流耐壓試驗[J].四川電力技術，1996（6）：13-14.

WENxue，LIhongren.On-siteACWithstandVoltageTestofSF6Circuit-breakerandGIS[J].SichuanElectricPowerTechnology，1996（6）：13-14.

[9]

王貽平.GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗技術[J].華東電力，1998（4）：8-9.

WANGyiping.ACWithstandVoltageTestTechnologyonSiteofGIS[J].EastChinaelectricpower，1998（4）：8-9.

[10]

李秀衛(wèi)，陳玉峰，王慶玉.提高GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗標準探討[J].山東電力