GIS设备串联谐振耐压试验及案例分析

白俊良蒋卓辰陈佳

摘要：气体绝缘开关设备（GIS）相对于常规敞开式开关设备具有占地面积占有空间小，运行可靠性高，防污闪能力强等众多优点，近年来大量应用于电力系统。检验GIS设备的制造质量和现场安装质量对电网的安全、可靠运行有着重要意义。通过对GIS设备的串联谐振试验能够考核GIS设备的绝缘水平，本文中详细介绍现场GIS设备进行串联谐振试验的方法及流程，分析和讨论了试验注意事项，并结合案例分析了串联谐振耐压试验对发现GIS内部异常情况所起的作用。

关键词：六氟化硫封闭式组合电器（GIS）；串联谐振；耐压试验；击穿放电

GISSeries-resonantVoltageTestandCaseAnalysis

BaiJunliang

（StateGridChangzhouPowerSupplyCompany，Changzhou213000）

AbstractGasinsulatedswitchgear（GIS）hasmanyadvantagesoverconventionalopenswitchgear，suchassmallspaceoccupied，highreliabilityandstronganti-pollutionflashoverability.Ithasbeenwidelyusedinpowersysteminrecentyears.InspectingthemanufacturingqualityandinstallationqualityofGISequipmentisofgreatsignificancetothesafeandreliableoperationofpowergrid.ThroughseriesresonancetestofGISequipment，theinsulationlevelofGISequipmentcanbechecked.ThispaperintroducesthemethodandprocessofseriesresonancetestoffieldGISequipmentindetail，analyzesanddiscussesthemattersneedingattentioninthetest，andanalyzestheeffectofseriesresonancevoltagewithstandtestondiscoveringabnormalconditionsinGIS.

Keywords：GIS；seriesresonance；voltagewithstandtest；disruptivedischarge

近年来，随着电网的迅速发展，用户对供电可靠性要求的提高，以及受占地面积的限制，气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）在电力系统当中的利用日趋普遍。GIS在运输过程中的机械振动、撞击可能导致GIS元件或组装内部紧固件松动或相对位移。安装过程中，在联结、密封等工艺处理方面也可能出现失误，导致电极表面刮伤或安装错位引起电极表面缺陷；空气中悬浮的尘埃、导电微粒杂质和毛刺等在安装现场又难以彻底清理。以上这些缺陷如未能在GIS投运前检查出来，将引发绝缘事故。因此GIS在投运之前必须进行现场耐压试验[1]。

现场检验GIS的绝缘性能通常采用交流耐压试验的方法，一般有直接施加工频电压、调感式串联谐振加压、调频式串联谐振加压3种方式。工频试验变压器体积大、运输困难，且受试品容量限制，现场使用较少；调感式串联谐振耐压试验装置采用铁心气隙可调节的高压电抗器，结构复杂、使用时噪音大、设备笨重等因素，现场使用也较少；调频式串联谐振耐压试验装置采用固定的高压电抗器，试验回路由可控硅变频电源装置供电，频率在一定的范围内调节。装置体积小、质量轻、品质因数高等优点。因此现场大都通过调频式串联谐振加压[2]。

1变频串联谐振耐压试验基本原理

变频串联谐振试验运用串联谐振原理，采用调频调压方式。当交流电压的频率改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随之而变，通过调节电源的频率使感抗等于容抗，电路发生串联谐振，回路中的无功几乎为零，此时电流最大，且与输入电压同相位，使电感或电容两端获得一个高于励磁电压Q倍的电压。变频式串联谐振的原理接线如图1所示[3]。

2GIS串联谐振耐压试验过程

2.1试验条件和准备

（1）GIS交流耐压试验前，要完成其各项常规交接试验项目，并确认合格[4]；

（2）GIS表面进行检查应无遗留杂物，所有引出套管表面清洁，各连接部位牢靠，所有元件接地良好；

（3）各气室的SF6气体压力值应正常，各气室应无泄漏现象，各气室的气体微水试验均合格；并且各回路的直流电阻试验合格；

（4）耐压试验前，试验电压从输出套管上加入，GIS上所有电流互感器的二次绕组应短路并接地。

（5）GIS的断路器和隔离开关处在合闸位置，接地开关和快速接地开关处在断开位置；

（6）现场交流耐压试验电压值为出厂试验施加电压值的80%，试验频率应在10～300Hz。规定的试验电压应施加到每相导体和外壳之间，每次一相，其他相的导体应与接地的外壳相连。试验电源可接到被试相导体任一部位（试验最佳位置）。选定的试验程序应使每个部件都至少施加一次试验电压。在制定试验方案时，必须同时注意要尽可能减少固体绝缘的重复试验次数。

2.2耐压试验过程

（1）电压互感器与避雷器的试验：操作人员匀速升压（3-4kV/s）到设备最高相电压（），并保持10分钟，巡视人员检查GIS组合电器中的相关电压互感器二次电压正确、带电显示正确以及避雷器持续运行电流值正确，做好记录并向试验负责人汇报，然后将电压降为零，断开试验电源；

图3电压与时间关系曲线

（4）更换高压引线，重复上述步骤，进行另一相试验；

2.3试验结果的分析判断和处理

（1）如GIS的每个部件均耐受规定的试验电压而无破坏性放电现象，则认为试验通过。

（2）如在规定的试验电压值或以下发生击穿放电，则应根据放电能量和放电引起的声、光、电、化学等各种效应并结合耐压过程中进行的其他故障诊断技术检测结果，进行综合判断。

遇到试验中发生放电的情况，通常应采取以下处理步骤：再重复进行1次试验，如果该设备或气隔还能经受规定的试验电压，则该放电为自恢复放电，认为耐压试验通过。这种情况通常是由于脏污和表面缺陷引起气体击穿放电，杂质或导电微粒因放电而烧掉，故重复试验会通过。如重复试验再次失败，则应该进行设备解体。这种情况通常为固体沿面放电，最多允许发生2次，确定放电位置后，打开放电气隔，仔细检查绝缘情况，修复后，再一次进行耐压试验。

2.4试验过程中的注意事项

（1）高压引线应尽可能短，引线表面毛无刺并保证试验接线牢固可靠；接线应规范，不可将高压输出线接到均压环上；非升压相接地应可靠，避免接地不良产生悬浮电位放电。

（2）耐压试验时电流互感器二次应在GIS本体上的端子箱内完成短接接地，如遇内置式电流互感器结构无法做到，才可在汇控柜二次接线端子上接，采用后者方式需仔细检查接线并确保接线可靠。

（3）GIS设备自身的对地电容，在试验过程中会产生容升，在制定试验方案时应向制造厂了解GIS设备的对地电容值，供搭建试验回路选取参数考虑。容升可通过在被试设备终端并接分压器监测实际试验电压，分压器尽可能地要靠近被试品。

（4）调频率找谐振点时，注意三相的谐振频率值应比较接近，若三相谐振频率值相差比较大，要认真分析原因找出故障隐患。

3试验案例分析

某220kVGIS变电站一次接线图如下图：

图6耐压试验加压方案

加压间隔为一次设备接线图中黄色部分。首先带避雷器及PT进行老练试验，146kV老练15分钟后将电压降低到0kV后，将避雷器及PT断开；再次升压到146kV老练15分钟，继续升压至252kV老练5分钟，然后升压至368kV耐压1分钟后将试验电压降到0kV，试验结束。

试验情况为：A相顺利通过耐压试验，B相在电压升至160kV一次接线图红色标注间隔发生放电；C相在老练试验过程中4分钟时发生放电，C相在老练试验过程中4分钟时发生放电是因为存在毛刺或小尖端，在老练试验后毛刺或小尖端放电被烧蚀掉，最后耐压试验也通过。检查B相对地绝缘电阻下降，判断B相发生绝缘击穿故障。对B相进行解体检查，发现出盆式绝缘子发生多处贯穿性裂纹，如图7：

图7B相击穿盆式绝缘子

经过更换损坏的盆式绝缘子再次进行了耐压试验。在试验过程中所有间隔耐压试验均一次通过，耐压合格。

图8更换后的盆式绝缘子

4结论

GIS设备串联谐振试验是一项大型试验项目，升电压高、危险点多、试验过程复杂，这就要求试验人员清楚串联谐振试验的试验原理、试验方法、试验流程、能准确判断分析试验结论，对出现的非正常现象能准确的分析原因并消除。试验人员在试验过程中要集中精力、相互配合、精心操作，严密观察试品发生的变化和出现的异常情况，及时判断被试GIS设备内部的绝缘水平。掌握好这项试验不仅在试验过程中能够缩短试验时间，而且能够保证试验人员的人身安全和GIS设备的安全。

参考文献：

[1]邱毓昌.GIS装置及其绝缘技术[M].北京：水利电力出版社，1994.

[2]陈忠.串联谐振耐压试验的现场问题及解决方法[J].电网技术，2006，（30）：205-207.

[3]李建明，朱康.高压电气设备试验方法[M].北京：中国电力出版社，2001．

[4]GB50150—2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准［S].北京：中国计划出版社，2006.

作者简介：

白俊良（1989－），男，硕士，工程师，主要从事电气试验工作。