便携式多功能倍频感应耐压装置的研制

夏强峰，屠晔炜，吴伟江，沈红峰，张路佳

（国网浙江省电力公司嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314033）

便携式多功能倍频感应耐压装置的研制

夏强峰，屠晔炜，吴伟江，沈红峰，张路佳

（国网浙江省电力公司嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314033）

介绍了GIS电磁电压互感器交接绝缘试验现状和相关要求，并以工程现场试验工作需求为出发点，基于电力变频技术设计研制了一套便携式多功能倍频感应耐压装置，代替传统三倍频电压发生器和空载励磁电流测量装置，同时实现了对电磁式电压互感器感应耐压试验和空载电流测量功能。新装置有效保障了现场试验的安全性和准确性，缩短了现场试验时间和减少了试验人力投入，提高了工作效率。

感应耐压；交流变频；励磁特性

0 引言

随着电网建设的快速发展，220 kV及以下GIS（气体绝缘封闭式组合电器）的安装、运维工作日趋增多[1]。为了发现220 kV及以下GIS设备中电磁式电压互感器的某些绝缘缺陷，需对其进行感应耐压试验。多年以来，在电力设备安装阶段，在GIS电磁式电压互感器的交接试验中一直采用空载励磁电流测量代替感应耐压试验，并没有严格按相关标准进行试验，从而造成对GIS电磁式电压互感器的绝缘考核存在一定盲区。

目前对变压器进行带长时感应耐压局部放电试验所用的并联谐振补偿试验设备体积庞大，不适合GIS磁式电压互感器的感应耐压试验。另外，现有的感应耐压装置也无法进行空载励磁电流测量，即做完感应耐压试验后，还需采用另外一套独立设备进行空载电流测试试验，从而造成试验时间和人力的浪费，带来极大的安全和管理风险。

基于成熟的电力变频技术设计了一套便携式多功能倍频感应耐压试验装置，能同时实现220 kV及以下GIS设备中电磁式电压互感器的感应耐压和励磁特性试验。将新电力技术应用到高压试验设备中，克服传统高压试验设备的缺点，提高实际工作效率和质量，具有一定工程实用价值。

1 GIS电磁式电压互感器安装及试验现状

GIS是指用金属外壳将导体连同绝缘封闭起来的组合体。GIS电磁式电压互感器是指采用电磁感应原理用于测量金属封闭母线运行电压值的设备，即将母线高电压换成标准低电压，供测量仪表和保护装置使用，其设备绝缘质量好坏必将严重威胁到整套GIS设备的安全稳定运行。

GIS电磁式电压互感器安装完毕后，需进行多项试验，进而对设备是否具备投产送电条件进行评估。感应耐压试验和空载电流测量是检验该类设备是否具有绝缘结构或安装缺陷的重要手段，不仅可以检查其主绝缘，更重要的是可以检查其纵绝缘，其中任一项试验不合格的设备即不允许投产。

根据近年来嘉兴地区基建工程新投产过程中GIS电磁式电压互感器消缺统计（如图1所示），可见GIS电磁式电压互感器出现缺陷概率时有发生。

图1 GIS电磁式电压互感器近几年消缺故障统计

从消缺的情况来看，GIS电磁式电压互感器存在绝缘缺陷有一定概率，一旦出现该类缺陷，后果将非常严重，甚至造成互感器设备直接炸裂，导致整套GIS设备停电，产生巨额经济损失。因此，随着GIS设备被广泛应用，对GIS电磁式电压互感器的绝缘质量检验势必将日趋严谨。

目前GIS电磁式电压互感器设备绝缘考核试验主要有3类：感应耐压试验、空载电流测量试验、老练试验。在工程现场试验过程中常用空载电流测量试验来代替感应耐压试验，从而对其绝缘质量没有真正考核，存在一定的绝缘试验盲区；对于老练试验，一般只升压至额定电压，主要是检查其变比等各项功能是否正常，无法对其绝缘质量进行检查，若在正常送电过程中，由于开关的操作而产生较高的过电压，导致其绝缘遭受破坏可能性非常大，甚至会影响整套GIS设备的正常投产。因此GIS电磁式电压互感器的绝缘考核试验不够完善，无法真正全面检查该类设备的绝缘质量。

2 感应耐压和空载试验及其标准

2.1 感应耐压试验及标准

为防止铁芯饱和及励磁电流过大，电磁式电压互感器感应耐压试验通常采用倍频感应耐压试验，即：将频率100～300 Hz的励磁电压施加在电压互感器的二次绕组上，通过电磁感应使一次绕组的首端电压达到所需的试验电压。试验电压为出厂试验电压的80%。全电压下的试验时间为：120×（额定频率/试验频率）s，但不得少于15 s。感应耐压试验前后，应各进行1次额定电压时的空载电流测量，2次测得值不应有明显差别[2]。

感应耐压试验不仅可以检查被试品的主绝缘，即绕组对地、相间和不同电压等级绕组间的绝缘，而且也可考验对电压互感器的纵绝缘，即同一绕组层间、匝间及段间绝缘，对电压互感器的安全运行起到预防作用，保证电力系统的安全运行。

2.2 空载试验及标准

空载试验即励磁特性试验是将频率为50 Hz的测量加在电压互感器低压侧绕组上，进行相应稳态电流的测量。一般测量电压为低压绕组额定电压的20%，50%，80%，100%和120%；对于中性点直接接地的电压互感器（N端接地），电压等级35 kV及以下的电压互感器最高测量电压为190%；电压等级66 kV及以上的电压互感器最高测量电压为150%，在上述情况下铁芯不饱和则产品合格。同时，对于额定电压测量点（100%），励磁电流不宜大于其出厂试验报告和型式试验报告测量值的30%，同批次、同型号、同规格电压互感器，该点的励磁电流不宜相差30%[3]。

感应耐压试验前后的空载电流试验数据对比，可有效检测出电压互感器绕组是否存在匝间短路、过热、闪络、振动等不良现象，使缺陷提前暴露，避免带缺陷设备投产运行[4]。对GIS设备中的电磁式电压互感器而言，感应耐压应是检查其绝缘性能必不可少的试验手段。

3 便携式多功能感应耐压装置

为满足GIS电磁式电压互感器的有关试验标准与要求，根据工程现场试验特点[5]，设计并制作了一套便携式多功能倍频感应耐压装置，其输出电压分为240 V与400 V 2档且任意可调。装置容量根据相关过往试验经验估算出来，以某变电站220 kV母线压变为例：其二次绕组施加120%额定电压即69.24 V下的测试励磁电流为18 A左右，估算容量为1.58 kVA；考虑其进行感应耐压试验时所需试验容量更大，以GIS电磁式电压互感器估算电容量约为50 pF，故在最高感应耐压值作用下输出容量约为6.38 kVA。由于该估算未考虑电感补偿，加上考虑现场使用的便携性，最终设计输出容量为6 kVA。输出频率调节范围为40～300 Hz，输入电压为单相220 V，输出电压分辨率为0.1 V，可用于220 kV以下GIS设备中电磁式电压互感器的感应耐压和空载电流测量试验。

3.1 装置设计原理

装置原理如图2所示。装置采用一体化结构，内置变频电源、隔离变压器和测量控制电路。变频电源采用SPWM（正弦脉宽调制）原理实现输出电压频率可调的正弦波；由于隔离变压器为阻感性负载，负载本身可起到滤波作用，使得变频电源输出的电压为标准正弦波；测量电路负责检测低压输出电压电流，测量标准电容上的输出高压；控制电路负责操作接口和机内通信中转、协调控制。装置接通电源后，若输入电源正常，变频电源会通电并处于待机状态；启动测量后，测量电路将实时测量数据送到变频电源，变频电源将这些数据与设定值比较，调整输出，当某一个输出量达到设定值时，将不再升压。变频电源实时检测电源工作状态，出现异常便切断输出，并发送故障信息到显示器。采用这样的设计原理可大大减小装置体积与重量，便于工程现场进行，保证试验高效、可靠、安全。

图2 装置原理

3.2 装置设计实现

接地接线柱用于装置可靠接地，装置电源插座采用220 V单相电源输入，电源插座的接地端与外壳和接地接线柱连接。液晶显示器显示菜单、测量结果或出错信息；打印机可以打印励磁数据和曲线；RS232接口位于打印机左侧，面板下方，可用通信线连接PC机或笔记本电脑，也可通过蓝牙连接相应存储设备，具体如图3所示。

图3 装置操作面板

装置输出经过内部变压器隔离的低压输出，有240 V/25 A和400 V/15 A 2个档位，如图4所示。输出插孔对机箱接有4 kV放电管进行保护。感应耐压试验时，有条件时设计考虑可接标准电容进行监视高压，以防止“容升”，若无法接标准电容，则可考虑35 kV电压互感器按3%，66 kV按4%，110 kV按5%，220 kV按8%的数量减小输入二次侧绕组低压电压值。

图4 装置输出面板

3.3 装置保护设计

设计的装置具有较高的安全性，保证现场试验安全。装置启动后会显示内部隔离变压器温度，超过105℃将自动停机。同时装置设置了5道安全防线：误接380 V、电源波动或突然断电启动低压保护；仪器接地不良使外壳带危险电压时启动接地保护；出现过压过流，或内部温度过高时启动内部保护；测试过程中，电流出现异常变化时启动电流保护；电压、电流实时显示，声光报警，菜单简洁，多次按键确认，防止误操作。

4 现场试验调试应用

已在多个变电站内成功使用新装置进行电压互感器感应耐压和空载试验。装置研制完成后，新安装110 kV GIS电磁式电压互感器均进行了完整感应耐压试验。对于感应耐压试验，将装置输出频率设置成150 Hz稳定输出，并设置相应高压持续时间，即可让装置自动完成试验。2015—2016年，新安装GIS电磁式电压互感器感应耐压试验统计如表1所示，多次现场使用效果良好，设备试验容量和持续工作时间满足技术要求，试验效率、安全性评价都很高。

表1 2015—2016年新安装110 kV GIS电磁式电压互感器感应耐压试验统计

以嘉兴地区某新建工程110 kV GIS设备的电磁式母线电压互感器试验为例，对该装置励磁电流测试采用新旧装置进行对比试验，空载试验旧装置为湖州爱迪伏安特性仪。被试设备型号如表2所示，空载励磁电流测量试验对比如表3、表4所示。

表2 被试设备型号

装置进行空载励磁电流测量试验，将电压输出频率设置成50 Hz，并设置相应测试点的电压值，装置即可自动完成测试。由表3和表4数据可以看出：新装置能够准确实现电磁式电压互感器的空载励磁电流测量试验。

表3 某电磁式电压互感器空载试验结果（新装置）mA

表4 某电磁式电压互感器空载试验结果（旧装置）mA

现场空载励磁电流试验过程中，根据被试设备出厂报告中出厂试验数据选择励磁线圈，与出厂数据给出的加压励磁线圈一致，一般选择每相第1个二次绕组进行加压测量试验，以便于测试数据与出厂数据进行比对检验。在进行励磁电流测试时，每个励磁电流测试点或升压过程中励磁电流突然急剧增加或减小1.5 A，则会出现“输出电流波动”保护，停止输出自动降压，从而保护被试设备不出现过流或过压。

多次现场应用对比发现，采用传统的倍频发生器进行GIS电磁式电压互感器现场感应耐压试验的工作平均时间约为40 min，时间大部分消耗在仪器搬运和连接三相电源上，且不具有励磁电流测量试验功能。而应用该新装置进行现场感应耐压试验的工作平均时间仅为10 min，且可同时完成空载励磁电流测量试验，便于加压前后励磁电流数据及时比对，试验装置轻便，使用220 V单相电源便于工程现场灵活应用。在试验过程中，有条件时可通过接入外接标准电容实时监控被试设备感应电压值，防止被试设备由于容升过压而损坏绝缘；而针对封闭的GIS电磁式电压互感器感应试验，加压过程中实时监控输入电流变化，一旦电流异常波动即可停止加压断电，从而保障感应耐压过程中被试电压互感器不会因过压导致绝缘缺陷。可见基于电力变频技术的感应耐压试验装置为现场工作带来便利，在一定程度上保证现场试验工作的安全性，并减少试验的时间和人力投入，降低电磁式电压互感器绝缘存在缺陷的风险，有利于避免电磁式电压互感器绝缘故障导致停电，可推广至变电站35 kV及以下电磁式电压互感器的绝缘考核以及其他电磁式电压互感器的感应耐压及空载电流测量试验。

5 结论与建议

便携式多功能倍频感应耐压装置可应用于220 kV及以下GIS或AIS设备电磁式电压互感器的感应耐压试验和空载励磁电流测量试验，完善电磁式电压互感器的绝缘试验，能有效发现其潜在的绝缘缺陷，有效保障电压互感器的安全、稳定运行。

利用该装置进行感应耐压试验时，可实时监控感应电压数值，并引入输出电流异常波动保护，全面保障被试设备的安全，形成5道试验安全防线，有效保障设备和人员的安全性。

该装置便于工程现场灵活应用，可缩短电磁式电压互感器感应耐压的试验时间，减少人力投入，使试验效率更加高效。

[1]雷晓明，禹波，龙岩.浅谈电力GIS设备的安装技术与调试方法[J].通信电源技术，2012，29（6）∶101-103.

[2]GB 50150-2006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，2007.

[3]Q/GDW-11-125-2008浙江电网电气设备交接试验规程[S].2008.

[4]郑运洪，李德家.交流感应耐压试验分析[J].施工技术，2011，40（6）∶430-432.

[5]刘铁城，彭珣，等.电磁式电压互感器感应耐压试验方法的优化[J].华北电力技术，2013（8）∶12-14.

（本文编辑：徐 晗）

Development of a Portable Multi-purposed Inductive Withstand Voltage Device for Double Frequency

XIA Qiangfeng，TU Yanwei，WU Weijiang，SHEN Hongfeng，ZHANG Lujia
（State Grid Jiaxing Power Supply Company，Jiaxing Zhejiang 314033，China）

The status and requirements of insulation acceptance test for the electromagnetic voltage transformer of GIS are introduced firstly.according to the requirement of the field test work，a portable multi-purposed inductive withstand voltage device for double frequency is developed based on power frequency-variable technology to replace the traditional frequency tripled voltage generator and no-load excitation current measurement unit and in the meantime implement the inductive withstand voltage and no-load current measurement test for the electromagnetic voltage transformer.The safety and accuracy of the field test are effectively guaranteed，the time and labor of the field test are reduced,and the work efficiency is improved.

inductive withstand voltage；AC frequency conversion；excitation characteristic

TM451

B

1007-1881（2016）11-0018-05

2016-07-27

夏强峰（1984），男，工程师，从事高压试验和电网金属监督工作。