GIS设备同频同相耐压试验风险与抑制对策分析

摘要：GIS设备同频耐压试验是在扩建或大修后，检测器绝缘性能的有效方法。在GIS同频同相耐压试验的基础上，本文结合《气体绝缘金属封闭开关设备同频同相交流耐压试验导则》（下文简称《导则》）的规定及相应的同频同相耐压试验经验，提出应对GIS试验风险的方法，通过改进试验方法并且通过现场验证，有效提升了GIS设备同频同相试验的有效性与可靠性，具有良好的经济效率和社会效益。

关键词：同频同相  GIS设备  耐压试验  抑制措施

Analysis of the risk and suppression countermeasures of GIS equipment

LIU Ding

（ State Grid Hunan Electric Power Co.， Ltd. Shaoyang Power Supply Branch， Shaoyang， Hunan Province， 422000 China ）

Abstract： The same-frequency voltage resistance test of GIS equipment is an effective method of detector insulation performance after expansion or overhaul.Based on the basis of GIS same-phase pressure test， this paper combines the provisions of the same-phase AC pressure test for gas insulated metal closed switchgear （hereinafter referred to as the Guidelines） and the corresponding experience of GIS test risk， and effectively improves the effectiveness and reliability of GIS equipment through improved test methods and field verification， with good economic efficiency and social benefits.

Key Words： Same frequency and same phase; GIS equipment; Pressure resistance test;Suppression measures

近年来，气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated Switchgear， GIS）由于其具有占地面积小、集成度高、可靠性高等特点，广泛地应用于现代电网系统中。按照规定，在进行高电压等级GIS扩建或大修后，需要对GIS设备进行耐压试验，以对其安装质量、制造质量进行评价，确保其绝缘性能良好，消除制造和安装环节存在的故障，保障GIS设备使用安全性。随着电网发展，传统的GIS耐压试验存在一些问题，主要表现在GIS设备扩建或大修间隔后，传统试验方法容易击穿隔离开关断口，对原有设备造成危害，引发设备风险。按照GIS现场耐压试验的相关规定，GIS现场试验必须停电并且可靠接地，但是会危及电网安全可靠性，造成巨大的经济损失，也会带来不良社会影响。为了解决相应的难题，在扩建或检修GIS后，能够在不停电的情况下开展现场耐压试验。同频同相耐压试验可以用于检测GIS设备耐压情况，选择以母线电压互感二次电压作为参考电压，与试验电压同频同相的情况下，以此为基准测试GIS设备的耐压能力。本文结合《气体绝缘金属封闭开关设备同频同相交流耐压试验导则》（下文简称《导则》）的规定及相应的同频同相耐压试验经验，提出了一种GIS同频同相耐压试验方法，能够在母线不停电的情况下开展现场耐压试验，对于未来试验具有参考价值，也能够保障电网安全稳定运行。

1 试验方法原理

1.1 传统耐压试验

传统的耐压试验方法，试验的电压频率和相位与运行电压和相位均有所不同。在GIS扩建或大修之后，通过测试试验电压和运行电压的差值，得到母线侧隔离开关断口的电压，并且以此评估GIS耐压情况[1]。但是在试验过程中，变频串联谐振耐压下，容易出现试验电压和母线电压相位相差180°的情况，此时的母线侧隔离开关断口的电压应该是测试电压和运行电压之和。如果依然用传统的耐压试验进行测量，容易导致母线侧隔离开关高于击穿电压，从而导致开关断口绝缘击穿，引发母线短路，危及电网设备[2]。

1.2 同频同相耐压试验

同频同相耐压试验是以相邻设备的运行电压作为参考电压，如相邻线路或母线电压互感器的二次电压。对运行电压和试验电压的相位和频率进行跟踪，了解试验电压和运行电压的相率和频率。通过软件锁相环技术，输出一个与试验点频率相同、相位一致的电压信号，并且对信号进行放大，利用串联谐振装置产生与运行电压相位和频率一致的试验电压，从而实现运行电壓和试验电压的同频同相。现场不停电的条件下，试验电压与运行电压同频同相，对GIS设备进行耐压试验，母线侧隔离开关断口电压计算相对简单，降低设备击穿风险，确保耐压试验能够带电进行，避免危害电网运行[3]，如图1所示。

1.3 试验系统构成

GIS同频同相交流耐压试验主要由同频同相试验电源、同频同相控制箱、试验变压器、保护电阻等结构构成。通过试验系统，实现同频同相，具体的试验系统和功能如下。（1）同频同相控制箱，该装置是试验系统的核心元件，可以对运行电压和试验电压进行跟踪，并且开展条件，确保试验电压和运行电压同频同相，同时该装置具有高压闪络保护和高压过电压保护功能。（2）同频同相电源，主要用于初级信号的功率方法，从而形成大功率输出电压。（3）试验变压器，对电源电压进行偏压控制，使其与试验电压相匹配，额定频率为50Hz。（4）保护电阻器，串接于试验变压器的高压输出端，用于限制过电压，从而减少短路风险。

2 现场應用与试验风险

以110kV变电站作为试点，以此分析其应用情况以及试验存在的风险。

2.1 试验流程

以110kV变电站为试验变电站，经过扩建后，变电站的所有开关场均采用GIS组合电气设备，具备耐压试验的条件。在不停电的情况下，开展GIS同频同相耐压试验，具体的试验流程如下。（1）开关操作，断开新建间隔接地开关，断开新建间隔和运行母线的隔离开关，合上新建间隔断路器和线路侧隔离开关。（2）试验接线，从运行母线的电压互感器二次端子得到参考电压，连接试验回路，测试试验侧分压器得到试验电压。（3）同频同相控制，在对同频同相装置进行检查，确保所有元件均运行正常后，开展同频同相操作，输出同频同相电压;升压后调节电抗器，使回路处于谐振状态。（4）耐压测试，从0开始升压，升压直到80kV后耐压10min;再次从0开始升压直到73kV停留5min;再次从0开始升压直到184kV停留1min，评估耐压情况。

2.2 耐压试验分析

通过耐压试验操作，可以从运行设备和间隔两个部分进行分析。在运行后可知，通过30min充电试验，可以保护站内设备绝缘合格，运行电压下不会发生击穿风险，利用同电源和异电源的核相试验，可以保证线路连接正常，不会出现设备相别连接错误。采用带负荷校验，可以确定设备保护装配正确[4]。

2.3 试验风险

从试验情况来看，同频同相耐压试验的风险如下。（1）击穿风险，在实验过程中，过电压引发母线隔离开关放电击穿风险，将会产生连续放电等问题，危害电网运行，造成一系列的破坏。（2）调控要求高，同频同相是整个试验的关键，为了确保试验电压和运行电压相别一致，需要控制电压，但是当试验电压和运行电压相差120°以上时，隔离开关断口承压如图2所示，将有可能导致隔离开关电压过高，造成母线侧隔离开关放电击穿。

3 同频同相耐压试验风险抑制对策

针对试验过程的风险，需要采取有效的方式进行管控，以此降低试验风险，确保试验过程安全可靠。

3.1 调整变电站运行方式

为了应对试验风险，需要转移变电站负荷，从而降低电网运行风险。双母线接线的变电站，为了降低耐压试验风险，需要均匀分布负荷，将母联开关设置在运行位置，可以避免因为过电压击穿开关。因此在开展GIS同频同相耐压试验前，需要与调度部门进行联系，对变电站进行必要的调整后，再开展耐压试验[5]。

3.2 设备检查

同频同相耐压试验开展前，需要进行必要的检查，具体包括如下几点。（1）母线侧隔离开关绝缘检查，耐压试验主要是通过母线侧隔离开关断开，其绝缘状态对于检测影响明显，因此需要对其开关室压力和含水量检测，确保绝缘良好，才能开始试验[6]。（2）母线侧隔离开关分合位置检测，耐压试验前，对开关分合位置进行检测，确保分闸标识准确，可选用可视化技术开展检测，确保分闸到位。（3）一次加压回路相别确认，GIS变电站通常以电缆出现，没有出线套管，因此需要安装试验套管，对套管和主回路连接进行检测后，确认一次加压回路相别，在进行导通测试后，确保相别正确，然后开始进行同频同相耐压试验测试[7]。

3.3 监视与调控电压

同频同相耐压试验必须要对电压频率、相位、母线侧隔离开关局部放电水平和绝缘状态进行监测，具体检测内容如下。（1）电压频率和相位，同频同相是整个试验的关键，为了确保输出试验电压频率和相位和运行电压相同，需要监测运行电压情况，如果出现偏差应该停止试验，查明原因后继续试验。（2）母线隔离开关检测，耐压试验中，容易发生局部放电，引发电气分解，需要对母线侧隔离开关的放电水平、绝缘状态进行监测，如果发现信号异常，应该及时停止试验，查明原因后继续进行试验。经过耐压试验，表明GIS设备绝缘良好后，才能投入使用。

4 结语

综上所述，同频同相耐压试验可在电网运行的情况下，开展GIS性能测试，从而为扩建或大修后的GIS设备运行情况进行检测，确保绝缘良好后才能投入使用。本文提出了一种同频同相耐压试验方法，通过对110kV变电站的GIS进行测试，测试表明该方法可行性高，但是依然具备一定的风险。因此在同频同相耐压试验前，需要改变变电站运行方式、检测母线侧隔离开关状态，为耐压试验做好准备，并且在试验中加强监测，在完成耐压试验后，才能投入使用。

参考文献

[1] 陈义龙，王增彬，吕鸿，等.GIS同频同相交流耐压试验技术工程应用[J].电气工程，2018（1）：28-32.

[2] 罗艳，马飞越，周秀，等.363kV GIS设备同频同相交流耐压试验的研究与应用[J].科学技术与工程，2019（29）：130-136.

[3] 余皓.同时同频全双工数字域自干扰抗消研究[D].杭州：杭州电子科技大学，2021.

[4] 李文慧，杨鼎革，韩彦华，等.GIS同频同相耐压试验中母线隔离开关断口击穿过程仿真计算[J].高压电器，2021（5）：101-107.

[5] 蓝扬政.GIS高压断路器常见故障原因的分析与处理[J].科技资讯，2020（1）：33-34.

[6] 谢晓明，杨炎标，李飞.基于GIS的电力系统供电可靠性信息管理平台的研究[J].科技资讯，2020（35）：50-51，54.

[7] 谢瀚阳，彭泽武，冯歆尧，等.调度变电与电网GIS输配电线路图模拼接实现方法[J].电力信息与通信技术，2021，19（7）：61-67.

作者简介：刘定（1990—），男，工程师，本科，研究方向为电气试验工作。