变电站电气设备现场耐压试验的实践经验探讨

福建省送变电工程有限公司 方 健 丁 苏 陈章山 王 璐

0 引言

变电站六氟化硫封闭式组合电气、电流互感器、电力电缆等在交接试验中均应进行交流耐压试验。通常变电站电气设备耐压试验都是在产品出厂前进行，工厂用的工频耐压设备基本装置固定、体积庞大笨重。为适应变电站设备分散性大、试验设备需要方便移动的特点，串联谐振耐压试验得到广泛使用。交流谐振试验是利用试验系统中电抗器的电感与试验样品中的电容发生串并联谐振，从而在试验样品两端获取高试验电压和大试验电流的试验装置。该试验装置能够有效降低励磁变压器的容量，改善试验电压波形，对被试验样品的绝缘击穿和闪络有天然的保护作用，在国内外已经得到广泛应用。谐振耐压因试验电压高存在诸多危险因素，本人通过近年来的工程实践和认真总结，试验程序逐步规范并形成一套行之有效的能够确保试验安全进行的试验工作方法。

1 试验特点

（1）传统工频条件下交流耐压试验需要设备多且繁重，不方便使用和运输；串联谐振耐压需要设备少且轻便，便于在变电站内移动，从经济上讲投入少，便于推广。

（2）传统工频耐压需要大容量的电流，需要专门配备工作电源；谐振耐压试验系统的电流为纯阻性，试验电源无须向串联谐振试验系统额外提供无功功率，电源利用率高，变电站一般性检修电源就能满足要求。

（3）试品两端的电压为输入电压的Q倍。由于一般试验回路的Q值远大于1，因此串联谐振电路具有明显的电压放大作用。

2 试验原理

LRC串联电路如图1所示，若交流电源US的电压为U，角频率为ω，各元件的阻抗分别为：

图1 串联谐振电路

则串联电路的总阻抗为：

串联电路的电流为：

式中电流有效值为：

电流与电压间的位相差为：

它们都是频率的函数，随频率的变化关系如图2所示。

图2

在发生串联谐振时，存在下列关系：

因此，谐振角频率 和谐振频率 可分别由下式求得：

工程上常用特性阻抗与电阻的比值来表征谐振电路的性能，并称此比值为串联电路的品质因数，用Q表示，即：

当发生串联谐振时，被试品电压可描述为：

由式(5)-(7)可知，对串联谐振试验系统来说，在谐振时：(1)试验电流达到最大值，呈纯阻性，由试验电压和回路电阻唯一确定；

(2)试验电源的输出功率为外部回路所消耗的纯有功功率；

(3)试品两端的电压为输入电压的Q倍。由于一般试验回路的Q值远大于1，因此串联谐振电路具有明显的电压放大作用；

(4)试品所消耗的视在功率为输入功率的Q倍。也就是说，当试品所需的试验功率一定时，试验电源的容量仅为试品所消耗功率的1/Q。

3 试验流程及操作要点

3.1 试验前期准备阶段

试验工艺流程包括：制订试验方案→设备选取及运输→试验前准备→试验接线。

制订试验方案要点：串联谐振试验是一项复杂的试验，在试验之前要制定好严格的试验方案。制订方案要注意以下几点：第一，组织人员，明确不同人员的职责，现场试验负责人、实际操作负责人、操作监护人及现场安全负责人等要各负其责；第二，事先通知好设备厂家、现场安装人员、监理及业主代表等人员在试验当天赶到现场监督和确认试验过程及结果；第三，测试被试品电容量，计算出试验装置主机、励磁变及电抗器所需要满足的容量，根据不同试验对象要求选取设备；第四，根据设备多少选定运输所需货车及现场吊装所需吊车；最后，根据试验规程和产品出厂报告要求制定详细试验方案并在试验中安步骤执行。

图3 作业流程图

3.2 试验现场准备阶段工作要点

（1）常规试验应先完成并确认合格。进行交流耐压试验前，必须预先进行各项非破坏性试验，如测量绝缘电阻、CT角比差、介质损耗因数t g¢及SF6气体微水含量等，对各项试验结果进行综合分析，以决定该设备是否受潮或含有缺陷。

（2）要根据现场情况对试验电气设备进行安全因素分析与评估。要清楚相关带电设备的出厂耐压数据。对于扩建变电站试验，试验过程经常是在周围电力设备运行中进行，这时要考虑试验电压和周围设备运行电压的叠加问题，安全距离的考虑因素要大于正常要求的安全距离。

（3）对人员安全进行安全因素分析与评估。电站的施工作业经常处于交叉状态，经常是安装、土建及调试等同时进行。由于现场人员的复杂，在试验设备和高压引线周围，均应装设安全网并派专人看守，以防外人不慎入内。试验前应预先评估试验过程中可能产生的感应电的影响，因试验电压很高，很可能周围线路或设备会产生一定的感应电压，而线路的另一端很可能有人在做安装或调试；应禁止周围一切工作人员工作或相关有人工作的线路正确可靠接地。

（4）开始试验前要派专人会同业主、厂家人员对CT、PT二次侧进行检查。CT二次必须短路接地，PT二次必须开路，且一点接地，高压尾必须接地。

3.3 试验阶段作业流程及工作要点

试验阶段作业流程如图3所示。

试验阶段工作要点如下：

（1）试验接线。串联谐振耐压设备其原理接线如图4所示。

图4 调频串联谐振原理示意图

图5 串联谐振型试验装置的原理电路

（2）加压方式一般只做主回路耐压，即规定的试验电压应施加到每相主回路和外壳之间，每次一相，此时其它相的主回路应和接地外壳相连。如怀疑GIS的断路器或隔离开关的断口在运输、安装过程中受到损坏，或经解体，应做该断口耐压试验，则试验电压应接到相应断口上，断口的一侧与试验电源相连，另一侧与其它相导体和接地的外壳相连。

（3）试验程序按两部进行：第一阶段：即“老练净化”，目的是清除GIS内部可能存在的导电微粒、微量杂质和导体表面毛刺。先施加1.0倍额定相对地电压126.0kV 5分钟，在1.1倍额定相对地电压139.7kV 10分钟，然后 升至1.73倍额定相对地电压220kV 3分钟，然后退回零位。这一阶段可能多次出现“老练”试验性闪络，是允许的。第二阶段：在“老练净化”结束后，220kV GIS部分试验电压升至现场交接试验电压368kV 停留1分钟，然后退回零位。

（4）将耐压试验设备安装好并进行调试，确认试验设备状态良好，会同委托单位、监理和厂家对试验准备工作进行检查确认，将试验用无晕导线接到加压套管A相，其余两相可靠接地。

（5）用兆欧表（2500V）测量绝缘电阻并做好记录，数据无异常方可进行耐压试验；将试验回路调至谐振状态，在此过程中高压输出电压不得高于100kV；将试验电压逐渐升高至耐压试验电压，保持15min；将试验电压升高至耐压试验电压，保持1min，并快速降压至零，断开试验电源，高压端挂接地线。

（6）试验过程中如果发生闪络、击穿或异常情况，应暂停试验。试验方应检查试验设备是否损坏，如有损坏须立即检修。如属GIS内部放电，厂家应确定放电位置，根据情况进行检修。待双方都准备好时才恢复试验，根据放电发生时刻，试验方与业主、厂家共同协商重新试验的加压程序。

（7）耐压完成后对GIS充分放电后再测量绝缘电阻并记录，依次试验其余两相。

（8）试验结束，拆除接线、吊装耐压试验设备并将GIS的一、二次接线恢复至试验前状态。

4 结论

由于谐振耐压试验工作环境多样性，就要求试验人员能够不断提高试验技术水平，加强总结，严格遵守各种规章规程，克服各种主观、客观因素带来的影响，一定能够确保人身、仪器及电气设备的安全。公司电力试验所自开展串联谐振耐压试验以来先后多次发现设备在生产及现场安装中存在的安全隐患。结论证明，开展交流串联谐振耐压试验能够产生巨大的安全效益和质量效益。

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