浅谈GIS现场交流耐压试验

李亚辉 路继伟 王亚鸽

摘  要：文章简要介绍了GIS设备现场交流耐压试验的目的、方法和原理，总结了对试验现象和结果的判断分析标准，并结合工程实际介绍了GIS设备现场交流耐压试验的过程。

关键词：GIS;老练试验;耐压试验;串联谐振;变频串联谐振;放电

中图分类号：TM855     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）06-0083-02

GIS是Gas Insulated metal-enclosed Switchgear的缩写，意思是气体绝缘金属封闭开关。它是把断路器（GCB）、隔离开关（DS）、接地开关（ES或HES）、互感器（VT及CT）、避雷器（LA）和母线等各种控制和保护电器，全部封装在接地的金属壳体内，壳内充以一定压力的SF6气体作为相间及对地的绝缘介质，国内称之为封闭式组合电器。

GIS现场全部安装完毕后进行的交流耐压试验是检验GIS设备绝缘性能的重要试验之一，通过试验能有效发现零部件的缺陷、安装工艺不良、运输中的损坏等造成的绝缘缺陷及是否存在异物等，以便及时处理和消除隐患，防止GIS设备投运后发生电气事故，保证设备的长期安全运行。

1  试验要求及原理

1.1  试验电压

根据GB7674及DL/T555标准规定，GIS出厂试验时施加电压的80%为设备现场交流耐压试验值。

1.2  试验方案

GIS现场交流耐压试验的试验方案一般由试验单位和GIS制造厂及用户共同商定，试验通常分为“老练试验”和“耐压试验”两个阶段。老练试验是指对设备逐步施加交流电压，可以阶梯式地或连续地加压。其目的是迁移设备中可能存在的活动微粒、杂质到低电场区域，以降低对设备的危害;另外，通过放电烧掉细小的微粒或电极上的毛刺，附着的尘埃等。

根据DL/T 555-2004《气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则》老练试验应在现场耐压试验前进行，若最后施加的电压达到规定的现场耐压试验值且耐压1 min，则老练试验可代替耐压试验。

结合工程实际情况，通常选用标准中的方案3完成现场交流耐压试验，即：

施加电压Um/■→5 min→Um 3 min→Uf 1 min。

2  试验原理

对于容量大、损耗小的试品，如电缆、电容器以及气体绝缘开关装置等的绝缘试验，如采用工频电压进行试验，要求的电源容量很大，一般难以实现。为了适应大容量试品的耐压试验需要，可采用高压串联谐振试验设备。

串联谐振试验设备是利用L-C串联谐振的原理，其原理电路如图1所示。

如果回路参数满足ωL=■谐振条件，则变压器二次侧接入的电抗器和被试品电容C一起对电源频率ω发生谐振。若变压器二次侧电压为U，谐振时流过被试品的电流I=U/R，则：

Uc=UL=■I=■U=QU

式中：Q为回路谐振的品质因数;UL或Uc均为电源电压U的Q倍。通常Q>>1，所以UL或Uc可以比U大得多。故此有称串联谐振为电压谐振。

为了满足不同设备的需要，也可调节电源频率来满足谐振条件，如图2所示，现场耐压试验用到的变频串联谐振装置回路图，其工作原理：交流工频电源经变频电源可输出20～300 Hz可调的交流电压，励磁变压器升压，谐振电抗器L和被试品Cx构成高压谐振电路来产生交流高压。电容分压器是纯电容式的，用来测量试验电压。先由变频电源经励磁变压器向主谐振电路送入一个较低的电压，调节变频电源的输出频率，当频率满足谐振条件时，电路即达到谐振状态。此时能在较小的励磁电压U下，使被试品上产生N倍于U的电压，在此频率下输出的电压波形为纯正弦波，而其他频率分量的输出电压都很低。

其中：

FC为20～300 Hz变频电源;T为励磁变压器;C1为分压器高压臂;C2为分压器低压臂电容;V为电压表;L为高压电抗器。

3  试验结果判定

按照已选定的试验程序，GIS现场耐受规定的试验电压且1 min内无击穿放电现象，认为GIS现场交流耐压试验通过。

试验过程中如果GIS发生自恢复的放电的现象，我们认为耐压试验可以继续进行。试验电压值从零值升到上次放电电压值时，没有再次发生放电现象，耐压试验应继续进行，电压值直至升到规定的试验电压值且无异常，我们也可认为GIS交流耐压试验通过。如果电压升到上次放电电压值时，GIS再次发生击穿放电现象，则试验失败。

4  案例分析

下面以长沙某110 kV GIS设备为例，分析采用变频串联谐振方法进行现场交流耐压试验的过程。由于该站110 kV GIS设备额定电压为126 kV三相共箱结构，本文仅以其中一相——A相为例说明。

第一步，从03间隔线路侧A相加压，将03间隔的B相和C相通过线路侧电缆筒接地，按照图2所示的回路图将试验设备连接好，将GIS所有间隔GCB、DS合闸，所有间隔ES、HES分闸。然后调节频率达到谐振时（56.3 Hz）调节电压达到U0（126/■= 72.7 kV）（或低于U0）持续5 min，因为此阶段要测量并记录VD和VT二次侧输出电压并观察LA电流计的泄漏电流，以确认VD，VT，LA是否正常，本站由于间隔数较多此阶段耗时已超出5 min。确认完毕把电压U0降为零。

第二步，为了使VT和LA（测保和线路侧所有VT和LA）退出耐压试验，将GIS除03间隔外的所有线路侧DS分闸、H-ES合闸，所有测保间隔DS分闸，ES合闸，其余不变。再调节频率达到谐振时（69.6 Hz）调节电压达到Um（126 kV）持续3 min，无异常后在此频率下继续升压至184 kV（出厂试验电压230 kV的80%），持续1 min，无异常则现场交流耐压通过。

第三步，将试验电压降为零，用接地杆释放掉试验设备上的残余电荷后，试验结束。

5  结  语

GIS设备现场交流耐压试验的方法根据不同用户的要求可能略有差异，但其试验原理基本一致。通过结合实际情况分析，GIS设备现场交流耐压试验利用变频串联谐振装置是目前被广泛采用的方法。

参考文献：

[1] 施围，邱毓昌.高電压工程基础[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2] 黎斌.SF6高压电器设计[M].北京：机械工业出版社，2010.

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