变频谐振交流耐压试验在GIS故障检测中应用

石 峰，张大霖，韩 涛

(抚顺供电公司，辽宁 抚顺 113008)

随着现代电力工业的发展，新完工的变电所多为GIS变电所，GIS变电所具有独特的优越性能，但如果发生故障比开放式变电所损失更严重。在GIS变电所交接试验时必须做交流耐压试验，以便发现GIS系统故障点。在现场做交流耐压试验时，由于GIS系统的电容量大，现有工频交流耐压设备不能满足现场试验需求，采用变频串联谐振试验方法是必然趋势。变频串联谐振耐压试验是利用电抗器的电感与被试品电容实现串联谐振，在被试品上获得高电压、大电流，是目前高电压试验的一种新方法，在国内外已经得到广泛应用。

1 GIS系统结构

GIS将变电站中除变压器以外的所有一次设备优化设计成一个有机整体，一般为积木式结构，全称为gas insulated substation，由断路器 (CB)、隔离开关 (DS)、接地开关 (ES)、电压互感器(TV)、电流互感器 (TA)、避雷器 (LA)、母线(BUS)和套管 (BSG)组成。封闭在一个接地的金属外壳内。壳内充以0.3～0.4 Pa的SF6气体，确保对地、相间及断口可靠绝缘。GIS设备如图1所示。

GIS具有以下优点。

a. 结构小型化

采用性能卓越的气体作绝缘和灭弧介质，大幅度缩小变电站容积，实现变电站的小型化。

b. 可靠性高

带电部分全部密封于惰性气体SF6中，与盐雾、积尘、积雪等外部影响隔离，提高了运行可靠性，并具有优良的抗地震能力。

图1 66 kV GIS变电所1个间隔

c. 安全性好

带电部分密封于接地金属壳内，无触电危险。对电磁和静电实现屏蔽，不会产生噪音和无线电干扰等问题。SF6气体为惰性气体，无火灾危险。

d. 安装周期短

由于结构小型化，可以在制造厂实现整机装配，试验合格后以单元或整个间隔运达现场，缩短现场安装工期。

e. 检修周期长，维护方便

因结构布置合理，灭弧系统先进，延长了检修周期，提高了产品的使用寿命。由于其结构小型化，安装位置距地面近，维护更方便。

2 变频串联谐振耐压试验方法的特点

变频串联谐振耐压试验与工频耐压试验比具有以下优点:变频串联谐振是谐振式电流滤波电路，能改善电源波形畸变，获得较好的正弦电压波形，有效防止谐波峰值对被试品的误击穿;变频串联谐振工作在谐振状态，当被试品的绝缘点被击穿时，电流立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的10%;发生闪络击穿时因失去谐振条件，短路电流瞬间下降，高电压瞬间消失，电弧即可熄灭;恢复电压的再建立过程很长，容易在再次达到闪络电压断开电源，适用于高电压、大容量电力设备绝缘耐压试验 (如GIS变电所、高压交联电力电缆、发电机、大型变压器、隔离开关、互感器等)。

3 变频谐振交流耐压试验在GIS系统中应用

GIS整体组装完成后进行调整试验，试验合格后以单元或整个间隔运达现场安装。运输过程中由于机械振动、撞击等可能导致GIS原件或组装件内紧固件松动或相对位移。安装过程中如连结、密封等工艺存在欠缺，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难以彻底清理，而且不易检查出来会引发绝缘事故。GIS故障原因如图2所示，GIS设备运行后各元件故障情况如图3所示。

事故统计表明，经过现场变频谐振交流耐压可以有效排除安装过程中可能发生的故障，并确定运行后故障点。虽然不能保证经过现场耐压试验的GIS不会在运行中发生绝缘事故，但进行现场交流耐压试验的GIS降低了事故的发生，因此GIS必须进行现场耐压试验。变频谐振交流耐压试验是GIS现场耐压试验有效方法，能及时有效检查异常电场结构和每个间隔单元设备故障。

3.1 试验要求

a. GIS应完全安装好，SF6气体充气到额定密度，完成主回路电阻测量、各元件试验及SF6气体微水含量和检漏试验。所有电流互感器二次绕组接地，电压互感器二次绕组开路并接地。

b. 交流耐压试验前下列设备应与GIS隔离:高压电缆和母线、电力变压器和电磁式电压互感器;避雷器和保护火花间隙。

c. GIS每一新安装部位都应进行耐压试验，对扩建部分进行耐压试验时，相邻设备原有部分应断电并接地，否则，会给原有设备带来不良影响。

d. 模拟试验证明，天气状况对品质因数 (Q值)的影响很大，阴天或湿度较大天气Q值会减少30%～40%，因此试验最好选择在晴天或干燥天气进行。

3.2 加压方法

变频串联谐振试验接线如图4所示。

图4 变频串联谐振试验接线

试验电压施加到每相导体和外壳之间，分相进行试验，其它非试相与外壳连接并接地，从每相进出线套管加压，使GIS每个部件至少施加1次试验电压。为避免在同一部位多次承受电压导致绝缘老化，试验电压尽可能在几个部位施加。现场一般仅作相对地交流耐压试验，如果断路器隔离开关在运输、安装过程中受到损坏或经过解体，应作端口交流耐压试验，耐压值与相对地交流耐压值一致。若GIS整体电容量较大，耐压试验可分段进行。

4 变频谐振交流耐压试验过程

GIS现场交流耐压试验第一阶段为“老练净化”(老练试验)。其目的是清除GIS内部可能存在的导电微粒或非导电微粒。这些微粒可能是安装时清理不彻底、多次操作后产生金属碎屑、紧固件切削碎屑、电极表面毛刺。老练净化可使导电微粒移动到低电场区或微粒陷阱中，烧蚀电极表面毛刺，使其不危害绝缘。老练净化电压值应低于耐压值，时间可取数min。老练净化不能代替交流耐压试验。第二阶段为交流耐压试验，在老练净化过程结束后进行交流耐压试验，时间为1 min。老练净化试验的4种电压与时间关系如图5所示。

图5 老练试验净化的4种电压与时间关系

根据GB7674—1987对现场试验程序的规定，工频交流耐压试验现场宜采用图5中的电压与时间关系曲线3。加压顺序:第1阶段系统最高相电压加压5 min，第2阶段系统最高线电压加压3 min，第3阶段现场交流耐压1 min。

5 耐压试验结果

如果GIS每个部件均按选定的完整试验程序承受规定的试验电压而无击穿放电，则整个GIS通过试验。

试验过程如果发生击穿放电，应根据放电能量和放电引起的各种声、光、电、化学等放电效应及耐压试验过程中其它故障诊断技术提供的试验结果进行综合判断。遇有放电情况，可采取以下步骤。

a. 施加规定电压重复试验，如果设备或气隔未击穿或未闪络，则该放电为自恢复放电。如果重复试验电压达到定值和规定时间，则认为试品合格，否则按下项进行。

b. 设备解体，打开放电气隔，仔细检查绝缘情况。在采取必要的恢复措施后，方可进行下一次规定耐压试验。

6 结论

a. 若GIS分段后进行耐压试验的进出线间隔较多，而试验过程中发生非自恢复放电或击穿，仅靠人耳的监听难以判断故障发生位置，容易造成误判断，对设备造成不必要的损害。若采用以放电产生冲击波而引起外壳振动波原理研制的故障定位器，可以确定放电间隔。每次耐压试验前，将传感器分别安装在被试部分 (特别是断路器、隔离开关、母线与各间隔的连接部位绝缘子的连接外壳上)。如因传感器数量有限，放电或击穿发生未预报，应根据监听放电情况，降压断电后移动传感器重新升压，直到找到放电或击穿部位。

b. 由于盆式绝缘子故障率高，要求厂家对盆式绝缘子进行长时耐压，在额定电压下试验1 000 h以上，每个盆式绝缘子都进行局部放电试验。盆式绝缘子设计时应尽量垂直安装，平放时应凸面朝上，避免GIS元件里的金属微粒、粉末聚集在盆式绝缘子底部。

[1]陈化钢.电气设备预防性试验方法及诊断技术 [M].北京:中国水利电力出版社，2009.

[2]曹建忠.电气试验[M].北京:中国电力出版社，2005.

[3]罗学琛.绝缘全封闭组合电器 (GIS)[M].北京:中国电力出版社，2003.