一起GIS 断路器并联电容介损及电容量测量异常分析

饶 蕾，韩尊占

（中国长江电力股份有限公司三峡水力发电厂，湖北 宜昌 443133）

0 引言

随着国民经济的发展，电力系统等级和容量不断扩大，系统的短路故障也急剧增加。断路器作为电网中重要的一次设备，其开断能力直接关系到电网的安全稳定运行。

500 kV 断路器一般采用罐式断路器，在断路器主端口并联电容器。断路器的端口并联电容可以有效的改善断路器端口电压分布，降低断路器端口恢复电压上升率。在DL/T 596-2021《电力设备预防性试验规》中的断路器电容器试验项目规定了对介质损耗因数的要求：10 kV 下的介质损耗因数值：膜纸复合绝缘：tanδ≤0.25%。

GIS 设备为SF6气体绝缘金属封闭开关设备，GIS 断路器端口并联电容安装在断路器隔室内部，在正常检修工作中，GIS 断路器端口并联电容的电容值和介质损耗因数tanδ是无法单独测量的。在使用正接线测量两端口并联电容串联的电容值和介质损耗因数tanδ时，试验的实际测量为断路器端口并联电容、断路器端口、两侧对地及其他两相和地之间的电容和介损的测量值。当发现测量的介损或电容量存在异常时，再对断路器解体进行每端口并联电容的检测。

本文通过对某电站断路器的端口并联电容测量时电容及介损量测量结果异常进行分析，找到导致该测量结果异常的因素，并提出解决方案。

1 概述

某电站GIS 设备是由西安开关电气设备有限公司生产。有3 条进线，3 条出线，1 条联络线，共17个断路器。断路器采用卧式双端口,垂直压气式灭弧结构，以SF6作为灭弧介质，并在每个端口处安装并联电容。该电容为膜纸复合绝缘材料。图1 为断路器内部结构的示意图，该电站GIS 设备通过盆式绝缘子分成容量不同的密闭空腔，称为隔室。隔室内充有SF6气体。断路器、隔离开关、电压互感器、避雷器、空气/SF6套管采用单独隔室。图1 中已标注并联电容，该电容并联安装在断路器端口，每个端口安装两个电容。由于断路器是双端口结构，每个断路器隔室内安装有4 个电容。并联电容的电容及介质损耗的测量可反映出该电容是否有脏污、受潮或电容元件是否击穿等绝缘缺陷。

图1 断路器内部结构的示意图

2 试验原理

介质损耗角tanδ是交流电压下电介质中的有功分量和无功分量的比值，是一个无量纲的数，在均匀介质中，它反应的是单位体积介质内的介质损耗。通过测量tanδ，可以反映出绝缘的一些列缺陷（绝缘受潮、脏污、油介质劣化变质等），介质在交流电压作用下绝缘的等值电路和相量图如图2 所示。

图2 电容介损测量等值电路图和相量图

断路器端口并联电容介损及电容测量采用正接法，正接线法适用于被测试品两端对地绝缘，高压直接加在被测试品两端。其电容和介损测量原理图[4]如图3 所示。

图3 正接法原理图

断路器并联电容安装在断路器气室内部，与断路器并联，断路器整体包裹在气室内部，只有与断路器相连的地刀连片裸露可见，在试验时，接线端接在与断路器相连的地刀连片，信号端接断路器相连的另一地刀连片，构成测量回路。地刀连片断开位置如图4 所示。

图4 地刀连片断开图

3 试验及其结果分析

3.1 试验过程

某电厂进行时断路器5532 的端口并联电容测量时电容及介损量（考虑到从地刀连片加电压，地刀连片的耐受电压为2 kV），环境温度12℃，湿度50%，出现介损超标和电容测量不合格的现象。

表1 5532 的端口并联电容测量时电容及介损量首次测量

5532 断路器并联电容安装在断路器气室内部，与断路器并联，该试验的实际测量值为断路器并联电容、断路器端口、两侧对地及其他两相和地之间的电容和介损的测量值。实际测量的等值电路图如5所示，图5 中Cx和Rx支路表示4 个并联电容的混连等效电路，C断和R断支路为断路器端口间的等效电路，C环和R环支路表示地刀连片（加压端）与地之间的等效电路，Cb和Rb支路为被测相与其他两相间的等值电路图。由图中可知，影响电容测量的因素较多，仪器所测得的电路可等效为图6 所示。

图5 各支路等效电路图

图6 总电路等效电路图

图5 回路中任何一条支路中R的减小都会引起总支路中R减小。回路中iR增大，介质损耗增大。

为了排除各条支路的影响，将与断路器相连的地刀连片与地之间的绝缘垫块加屏蔽线，测量结果与之前无异。排除地刀连片（加压端）与地之间的支路对测量结果的影响。

现场检查，与5532 断路器相连的地刀553217及553227 均加装有微动开关，微动开关为地刀的位置节点。下图7 为微动开关。将现场检查，地刀的每相均安装有微动开关，其中B、C 相微动开关的二次线通过软管连接到A 相。软管中带铠，且搭在隔室的外壳（外壳接地）上。

图7 微动开关

将软管与微动开关旋开，且用绝缘纸将其与外壳搭接部位进行电气隔离。重新进行断路器的端口并联电容的电容及介损测量，测量结果如表2：

表2 断路器的端口并联电容的电容及介损第2 次测量

由测量结果可已看出，断路器的端口并联电容的介损值较初次测量值有所下降，但变化不大。

将B 相换向器（内装设微动开关）外壳拆开，发现微动开关的二次线与换向器外壳搭接，如图8 所示,在介损测量时，地刀553217、553227 换向器外壳及内部导体等电位。

图8 B、C 微动开关的二次线与换向器外壳搭接图

测量微动开关二次线和换向器外壳间绝缘为0.29 MΩ，为排除微动开关对测量回路的影响，对5532 断路器三相短接加压，分别从A、B、C 两一侧取信号，试验结果如表3 所示。

表3 断路器的端口并联电容的电容及介损第3 次测量

由测量结果可以看出，可以排除地刀553227 及553217 微动开关影响，但无法排除测量相与其他相之间的电气回路。地刀553217 相间通过连杆实现机械传动，通过上述测量结果，对地刀553217 相间进行电气导通性测试，发现B、C 相之间通过连杆有电气连接，将三相短接加压，另一侧三相短接取信号，侧得的电容值为三相电容的并联电容值，介损值合格。测量结果如表4 所示。

表4 断路器的端口并联电容的电容及介损第4 次测量

3.2 原因分析

图9 向量图

图10 等效电路图

由于断路器端口并联电容安装在断路器隔室内，隔室内充有SF6气体，断路器端口并联电容受潮的几率很小，一般按周期测量断路器隔室的SF6水分及纯度。断路器隔室的SF6水分及纯度满足规程要求时，可认为断路器端口并联电容不存在受潮或脏污等的情况。

若断路器隔室的SF6水分及纯度异常时，可考虑对三相整体进行断路器端口并联电容的电容及介质损耗测量，电容量满足三相并联值，且介损测量值（3 倍）满足要求时小于或接近0.2%时，认为断路器端口并联电容未受潮。

若此时的测量值不满足要求要求，考虑将微动开关及连杆拆除后，再分相实施试验。

4 结语

本文通过对一起断路器端口并联电容的电容及介质损耗测量数据不合格进行原因分析，查找引起测量数据不合格的外围因素。最终锁定与断路器连接的地刀（从该处施加电压）加装的微动开关的二次线与换向器外壳（与加压端电气连接）间的绝缘较低引起该处泄漏较大，且B、C 相间通过连杆电气连接在一起，导致介损值偏大和电容值的测量不准确。现场工作中，由于设备的多样性及复杂性，会给高压试验的测量结果的准确性造成较大影响。在开展电气高压试验工作时，要根据现场的实际回路对数据进行分析，尽量排除外界因素对高压试验的进行造成干扰。