110kV GIS变频串联谐振耐压试验分析

吴 楠，陈 武，冯望荣

0 引言

随着国内制造技术的不断进步和发展，气体绝缘全封闭组合电器（GIS）已广泛应用于各个领域，110 kV及以上电压等级的变电站日益普及。

GIS在工厂整体组装完成后需进行调试，试验合格后是以单元的方式运往现场安装。而运输过程中的机械振动、撞击导致某些器件松动及位移，安装过程中出现连接、密封等工艺方面的失误，在现场难以彻底解决且难以检查空气中尘埃、导电微粒和毛刺，都将引发绝缘事故。美国、加拿大等国对GIS现场事故统计表明：没有经过现场交流耐压试验的GIS大约2/3发生了事故，因此GIS必须进行现场耐压试验，以便发现GIS系统的关键问题。

由于GIS的电容量大（绝缘不能认同为高压开关），现有的工频交流耐压设备（指试验变压器）造价高、体积大、运输困难，现场试验不易实现，而釆用串联谐振试验方法安全、容易实现，是现场试验的必然趋势。

下文介绍釆用调频式串联谐振试验装置对广珠线金塘110 kV变电所安装的110 kV GIS设备进行现场试验的情况。

1 耐压试验的过程及结论判定

1.1 耐压试验

经过分析并与设备生产厂家协商，针对 GIS组合电器的特殊性确定试验分为2个阶段。

（1）净化试验。匀速升压（3～4 kV/s）到64 kV，保持5 min，同时检查电压互感器二次侧电压以及避雷器运行电流的正确性，无异常后降压归零，将电压互感器和避雷器从主回路断开。然后重新调频并匀速升压至92 kV，保持30 min。其目的是清除GIS内部存在的导电微粒和毛刺（在电场力的作用下，导电微粒将向低场强区移动，同时烧蚀电极表面毛刺）。

（2）耐压试验。试验人员应在净化试验无异常后匀速升压至现场交流耐压试验电压标准值184 kV，并保持1 min，然后降压。

耐压试验的加压方法采用将试验电压施加到每相导体和外壳之间，另外两相应可靠地与 GIS外壳连接，试验分相进行。

试验中应使 GIS每个部件都至少施加一次标准试验电压，现场仅作相对地交流耐压。断路器和隔离开关断口耐压试验应合理安排，尽量减少加压次数，降低对绝缘危害的累积效应。若GIS整体电容量较大，现场条件许可时可分别选择进线侧和出线侧进行加压，将耐压试验分段进行。

1.2 结论判定

（1）如果GIS每个部件均按试验程序承受规定的试验电压而无击穿放电，则该设备通过试验。

（2）若在试验过程中发生击穿放电，则根据声、光、电以及其他试验结果（指除交流耐压外其它试验项目）进行综合判断。具体判断步骤：施加规定电压进行重复试验，如果设备还能承受，则该放电是自恢复放电；电压加到定值并保持到规定时间，则认定该试品合格，否则应将设备解体，打开放电气隔，仔细检查绝缘情况，采取必要恢复措施后，进行下一次耐压试验。

2 耐压试验注意事项

2.1 耐压试验存在问题

2010年6月底，中铁电气化局集团第二工程有限公司在广珠线金塘牵引变电所进行了 110 kV GIS耐压试验。

试验中使用的210 kV变频谐振交流耐压试验装置对高压开关、电缆进行耐压试验时一切正常，而在进行GIS试验时，首次电压只能升到120 kV，同时电抗器出现“吱吱”的放电声，谐振变压器也发出“嗡嗡”声，电流明显增大，试验电压却不同步上升；为了查找造成该现象的原因，试验人员还分别进行了两相并联和四相并联的极限输出升压验证试验（见表 1），表 1数据显示，单相加压试验时谐振频率最高，试验设备的输出能力最小，随着所带负荷相增加，频率有所下降，变频谐振交流耐压试验装置的输出能力反而增大，四相并联时高压输出电压已达141 kV。

表1 耐压试验极限升压试验一览表

以上分析可以得出：现场环境如大气湿度、设备表面的污秽程度等对高压试验有较大的影响；电源或试验设备容量偏小；试验设备的最终输出能力和谐振频率有关，谐振频率太高不利于设备容量的发挥。

2.2 解决方法

经过现场分析及与试验装置和 GIS设备生产厂家的商讨，采取如下措施：

（1）公司试验人员对GIS设备进行全面清扫，并进行干燥处理（当时正赶上广州闷热、潮湿季节）；检查所有试验接线，高压引线尽可能粗短，引线表面无毛刺并保证牢固；保证非升压相可靠接地，避免接地不良悬浮电位放电；电流互感器二次侧在GIS本体上的端子箱内完成短接接地；高压测量分压器尽可能靠近被试品，以保证测量电压为被试设备耐压实际值。

（2）增加电抗器数量，增大变频电源和励磁变压器容量、增强设备的绝缘性能。GIS耐压试验装置的品质因数 Q值在阴天或空气湿度较大的情况下，将会减少30%左右，这使得励磁变压器输入电压增大，电流增大，试验设备制造厂家进一步加大励磁变压器输出电压30%。

采取上述措施后，重新进行单相耐压试验，系统谐振频率基本在45～55 Hz之间，系统工作稳定正常。

3 结束语

综上所述，GIS耐压试验是一项大型试验，由于试验电压高、危险点多、过程复杂，因此，要求试验人员清楚了解串联谐振的原理和方法，试验流程，并能够分析试验结果。试验中出现非正常现象时，需先排除试验设备、接线等外部因素的影响。

试验中，对GIS设备试验结果要仔细分析，切勿贸然施加电压，以免GIS设备多次承受试验电压而造成不利后果。同时，如果具备条件，应尽量使试验设备和被试设备的电气参数匹配，让系统的谐振频率接近50 Hz，这样有利于发挥耐压设备的容量，同时也更符合GIS设备的工况。

另外，由于 Q值受天气影响较大，应对设备及时进行清洁、干燥，尽量选择干燥、晴朗天气进行试验以消除不利因素。

[1]DL/T 555气体绝缘金属封闭电器现场耐压试验导则[S].