调频式串联谐振设备进行GIS耐压的试验方法

王漫君

【摘 要】论文通过介绍调频式串联谐振设备在GIS耐压中应用，总结现场的工作准备、设备选择、试验步骤和加压过程的规范做法，在工程实例中通过试验前计算合理选择设备，并在现场测量试验数据中加以验证，对GIS耐压在现场的实施具有重要的指导意义。

【Abstract】This paper introduces the application of FM series resonant equipment in GIS pressure， summarizes the site work preparation， equipment selection， test steps and the standard practice of pressurization process. In the engineering example， it is important to guide the selection of the equipment before the test and verify it in the field measurement test data， which has important guiding significance for the implementation of the GIS voltage in the field.

【關键词】串联谐振；GIS耐压；试验方法；工程验证

【Keywords】series resonance； GIS withstand voltage； test method； engineering verification

【中图分类号】TM645 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）12-0191-02

1 引言

GIS是气体绝缘金属封闭开关设备的简称，现已广泛应用于电网各电压等级的系统中。GIS耐压试验是检验其绝缘水平的主要方法，也是发现GIS内部异常的最有效手段。由于调频式串联谐振设备体积小、质量轻、使用方便，已成为耐压试验的首选。耐压试验属于大型试验、高压试验、破坏性试验，现场实施难度大、风险高、问题复杂。常常由于设备选用不当和方法不当导致电压加不上去，或由于检查不到位导致各种非设备本身原因的放电而损坏设备。

2 调频式串联谐振的原理

GIS交流耐压按规程规定试验电压的频率可在30～300Hz范围内。GIS内部为同轴圆柱体型稍不均匀场电场结构，施加交流电压时，对外表现为电容性，可以用集中电容来等效。试验时采用电感量固定的试验电抗器与试品串联，通过在较宽频率范围内调节变频器的输出，从而使回路达到谐振状态，继而调节调压器的输出电压在试品上产生所需电压。其原理就是RLC串联谐振，如图1所示。

谐振时，ωL=■，而ω=2πf，

回路的固有频率： f=■ ①

回路的品质因素： Q=■=■=■=■=■ ②

因此能通过较低的输出电压在试品上产生很高的电压，品质因素Q正是试品电压与输出电压的比值。

3 耐压试验的现场实施方法

试验前要选择合适的试验设备，设备主要由变频电源、励磁变、试验电抗器和电容分压器组成。根据GIS耐压电压和对地电容来选择，也要视现有试验设备的情况而定。应在满足试验足够容量和电压下尽量采用小设备以便现场安装，因此试验前的计算尤为重要。

3.1 加压前的状态检查

加压前要确认现场的工作完成情况及状态。主要有：①被试GIS设备的常规试验已经全部完成并合格，各设备元件试验，主回路电阻测量等。②SF6气体密封性试验和含水量测量。③设备的安装已完毕，外壳接地铜排已接好。④SF6气体阀门已全部打开，密度保持在正常压力。⑤解开GIS设备出线套管的导线，保持足够的绝缘距离并接地。⑥电流互感器的二次绕组已短接并接地。⑦电压互感器电压二次空开已断开。⑧待试设备刀闸、开关在合位，接地刀闸在分位，注意检查备用间隔。

3.2 试验步骤

试验前应到现场了解现场设备的布置，试验设备的摆放位置和行车路线，现场是否有所需容量的试验电源等，同时测量试品电容值。

试验设备到现场进行卸车和安装，然后进行接线。加压前状态检查后开始试验，主要的步骤有：①检查试验回路所有接线正确，测量仪表正常。②测量试品的绝缘电阻。③合上试验电源，进行调谐，注意高压输出电压不得过高。④加压升至老练电压并保持一定时间。⑤逐步加压至耐压值，保持一分钟，无放电即耐压通过。⑥降压至1.1倍额定电压，进行局部放电测量，测试完毕，降压至零。⑦断开试验电源，高压端放电并挂接地线。⑧取下接地线后测量试品绝缘电阻并做好记录[1]。

4 工程实例

某220kVGIS为户外式设备，双母双分段接线，现场分相依次进行耐压。以下以1、2母线A相耐压为例。GIS规模：7个线路、主变间隔，2个母线PT间隔，1个母联间隔，2个分段间隔，其中PT不进行耐压，PT刀闸在分开位置。

4.1 测量试品电容及确定耐压试验电压

采用介损仪实测试品电容为16.51nF。耐压电压值按《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》的要求为出厂耐压值的80%，即460kV×80%=368kV，但现在电网公司对新的GIS设备一般要求按出厂耐压值100%进行。在此仍按交接试验标准进行[2]。

4.2 设备选择及理论计算

根据现场试品及公司试验设备情况，拟采用耐压设备参数如表1所示。

表1 耐压试验设备参数

■

试验电抗、分压器采用两节串联可满足电压要求。此时，回路电抗值为266H；分压器电容值为1.5nF，则回路总电容C=16.51+1.5=18.01nF。endprint

谐振时，由式① f=■=■=72.75 Hz；理想状态下，高压回路电流I=UωC=368000×2×3.14×72.75×18.01×10-9=3.03A

设备电流6A能满足要求。励磁变高压侧4个绕组串联，则输出电压为20kV。需要回路的品质因数Q>368kV/20kV=18.4，根据经验该套设备进行GIS耐压时的Q值一般大于20。可见，选用该套设备能够满足要求并有一定的裕度。

4.3 加壓程序

根据《气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则》规定，老练试验时，施加电压与时间段关系可从以下四个方案中选择或同厂家商定，现场采用方案3加压程序，即Um/■下5min→Um下3min→Uf下1min。设备额定电压Um为252kV，Um/■=145kV，局放试验在1.1倍Um/■即159kV下进行[3]。整个加压过程如图2所示。

■

图2 耐压加压程序

加压前进行调频，先输出小功率，自动调频后手动微调，频率为72Hz，与计算结果相符。再加压至老练电压以烧掉细小的微粒或电极上的毛刺、附着的尘埃等。最后再加压至耐压值368kV，此时，实测电压371.2kV，电源功率显示14%，测量高压电流为3.09A。一分钟后降压至159kV进行局放试验。

4.4 试验结果与分析

现场无击穿放电，GIS耐压通过。无功Q=Uc*I=371.2×3.09=1147kVar。电源有功输出P=300kW×14%=42kW，由式②，品质因数Q=Q/P=1147/42=27.31。

可见，实测数据与计算一致，谐振频率的小偏差是由于实际试验的杂散电容引起的，同时由于实际试验电压略高于计算值，实测高压电流也就大一点点。可见，计算方法、设备选择及试验方法正确。品质因数不高，主要是有功损耗过大，一般可通过高压连接线加装波纹管，电抗器、分压器加装均压环等措施来提高。

5 结论

GIS耐压试验是GIS设备是否具备投产条件的最重要环节，试验前要详细查看现场情况，做好相关准备，同时进行相关计算和设备选择，制定符合现场实际和规程要求的施工方案，在试验中，严格按照规程加压、判断和处理，同时测量数据进行Q值计算和验证。

【参考文献】

【1】温定筠，张秀斌，孙亚明，等.GIS交流耐压试验原理与装置[J].电气技术，2014（10）：108-109+113.

【2】GB50150-2016 电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].

【3】DL/T555-2004 气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则[S].endprint