GIS交流耐壓試驗(yàn)原理與裝置

溫定筠 張秀斌 孫亞明 呂景順 張 玉

（國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，蘭州 730050）

交流耐壓試驗(yàn)是鑒定電力設(shè)備絕緣強(qiáng)度最嚴(yán)格、最有效和最直接的試驗(yàn)方法，它對(duì)判斷電力設(shè)備能否繼續(xù)參加投入運(yùn)行具有決定性的意義，也是保證設(shè)備絕緣水平，避免發(fā)生絕緣事故的重要手段。按照現(xiàn)行交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、狀態(tài)檢修試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，交流耐壓試驗(yàn)是GIS 現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)、診斷性試驗(yàn)的關(guān)鍵項(xiàng)目。

1 試驗(yàn)原理

GIS 內(nèi)部為同軸圓柱體型稍不均勻場(chǎng)電場(chǎng)結(jié)構(gòu)，施加交流電壓時(shí)，對(duì)外表現(xiàn)為電容性，可以用集中電容來等效。交流耐壓試驗(yàn)可以通過外施工頻電壓法、工頻諧振法、電磁式電壓互感器加壓法及變頻串聯(lián)諧振法四種方法來實(shí)現(xiàn)。變頻串聯(lián)諧振法所需電源容量小、裝置體積重量輕、試品擊穿故障不易擴(kuò)大，是目前最為常用且最為合理的試驗(yàn)方法。

試驗(yàn)時(shí)采用電感量固定的試驗(yàn)電抗器與試品串聯(lián)，通過在較寬頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)變頻器的輸出，從而使回路達(dá)到諧振狀態(tài)，繼而調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出電壓在試品上產(chǎn)生所需電壓。試驗(yàn)回路如圖1所示。

由于試品電容的不同，試驗(yàn)電壓的頻率會(huì)有較大范圍的變化，目前現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)電壓的頻率應(yīng)在10～300Hz 范圍內(nèi)。

圖1 變頻諧振交流耐壓試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)原理圖

根據(jù)電路原理試驗(yàn)回路可以等效為RLC 串聯(lián)電路，如圖2所示。

圖2 變頻串聯(lián)諧振交流耐壓試驗(yàn)電路原理圖

在RLC 串聯(lián)電路中，在正弦電壓的激勵(lì)下，電路的工作狀況將隨頻率的改變而變動(dòng)。電壓頻率達(dá)到回路固有頻率電路出現(xiàn)諧振狀態(tài)，電感和電容兩端電壓達(dá)到外施電壓的Q倍，稱為串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)，從品質(zhì)因數(shù)的公式可見回路中電阻對(duì)品質(zhì)因數(shù)影響最大。

在諧振狀態(tài)時(shí)，電源只需要提供電阻R消耗的有功功率，而無功功率為零值?；芈分械刃щ娮鑱碓从趦蓚€(gè)方面：①試驗(yàn)變壓器、試驗(yàn)電抗器、被試設(shè)備及試驗(yàn)導(dǎo)線的電阻，屬于試驗(yàn)回路固有電阻；②試驗(yàn)回路電暈損耗的等效電阻?；芈饭逃须娮柰ǔo法改變，因此，改善品質(zhì)因素的途徑只有降低回路的電暈損耗，特別對(duì)于電壓等級(jí)較高的試品，在試驗(yàn)中，應(yīng)采取使用擴(kuò)徑導(dǎo)線、均壓環(huán)等措施。

2 試驗(yàn)裝置

主要試驗(yàn)設(shè)備包括變頻器、調(diào)壓器、試驗(yàn)變壓器、試驗(yàn)電抗器和分壓器，目前變頻器均具有調(diào)壓功能，因此不需要單獨(dú)配置調(diào)壓器。

2.1 試驗(yàn)電抗器

試驗(yàn)電抗器整個(gè)試驗(yàn)回路的核心，根據(jù)試驗(yàn)回路諧振條件，可以得出試驗(yàn)電抗器電感的計(jì)算公式按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)頻率范圍為20～300Hz，根據(jù)被試設(shè)備的等效電容，可以計(jì)算出相應(yīng)的電感值，按照需要施加的試驗(yàn)電壓，即可得到試驗(yàn)電抗器的額定電壓和額定電流。處于經(jīng)濟(jì)性考慮，通常一個(gè)單位希望同一臺(tái)設(shè)備的試驗(yàn)?zāi)芰δ軌虮M可能覆蓋本地區(qū)所有同類型的被試設(shè)備，所以，設(shè)備參數(shù)通常會(huì)留有一定裕度。目前較為常見的試驗(yàn)電抗器有80H、150H、200H、300H 等，額定電壓為250kV，額定電流3～6A 不等，具備串聯(lián)組裝的接口，使用單臺(tái)電抗器可以完成110kVGIS的試驗(yàn)，通過2～5 臺(tái)電抗器的串聯(lián)，可以完成220～1000kVGIS 的試驗(yàn)。

2.2 分壓器

分壓器用來直接測(cè)量試驗(yàn)電壓的數(shù)值，一般選用電容式分壓器。這樣，在某些試品等效電容較小時(shí)，分壓器與電抗器組成的回路，自振頻率可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；對(duì)試驗(yàn)電壓頻率有特殊要求的情況下，分壓器高壓臂電容可以參與提高回路電容，從而降低諧振頻率，確保試驗(yàn)電壓頻率在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。常用的分壓器高壓臂電容為500 pF 或1000 pF，單節(jié)額定電壓250kV。可以單節(jié)使用，也可以多節(jié)串聯(lián)使用，配置不同的低壓臂可以實(shí)現(xiàn)1000：1 或2000：1 的分壓比。分壓器測(cè)量誤差要求為不低于±1%。

2.3 試驗(yàn)變壓器

試驗(yàn)變壓器的低壓額定電壓與變頻器的輸出匹配，通常為380V 或400V。如前所述，試驗(yàn)電壓與試驗(yàn)變壓器輸出電壓成正比關(guān)系，系數(shù)為回路品質(zhì)因數(shù)，可以按照40～100 來估算品質(zhì)因數(shù)，試驗(yàn)電壓越高，回路品質(zhì)因數(shù)越低，這樣即可得出試驗(yàn)變壓器輸出電壓的范圍，按照需要提供的最高輸出電壓，可以確定試驗(yàn)變壓器高壓側(cè)的額定電壓。在試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡可能使試驗(yàn)變壓器工作在較小的變比，從而降低電源的輸出，因此，可以在試驗(yàn)變壓器高壓側(cè)設(shè)置若干不同額定電壓的抽頭，滿足不同試驗(yàn)電壓的試品。

2.4 變頻器

按照試驗(yàn)要求，可以計(jì)算出額定功率；此外，其他要求如下：變頻器額定輸入電壓為三相工頻380V±15% ；額定輸出電壓：單相 0～400V，連續(xù)可調(diào)；輸出波形為純正正弦波；頻率調(diào)節(jié)范圍為20～300Hz，頻率調(diào)節(jié)分辨率為0.1Hz。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)例

3.1 實(shí)例1

某變電站新安裝330kVGIS，額定電壓363kV，工頻耐受電壓（有效值）510kV。試驗(yàn)設(shè)備，采用變頻器1 臺(tái)額定容量70kW；試驗(yàn)變壓器額定容量40kVA，高低壓繞組電壓比380V/10kV；試驗(yàn)電抗器用2 節(jié)串聯(lián)，每節(jié)額定電壓250kV、額定電感300H，共計(jì)600H。

被試GIS 各相主回路及斷口均通過交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)中主要數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 實(shí)例1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 實(shí)例2

某變電站新安裝750kVGIS，額定電壓：800kV，工頻耐受電壓（有效值）960kV。試驗(yàn)設(shè)備采用變頻器 1 臺(tái)額定容量 200kW；試驗(yàn)變壓器額定容量240kVA，高低壓繞組電壓比400V/20kV；試驗(yàn)電抗器用4 節(jié)串聯(lián)，每節(jié)額定電壓250kV、額定電感150H，共計(jì)600H。

被試GIS 各相主回路及斷口均通過交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)中主要數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 實(shí)例2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

研究得出的變頻器、試驗(yàn)變壓器、試驗(yàn)電抗器參數(shù)進(jìn)行合理配合，組成相應(yīng)的試驗(yàn)裝置，品質(zhì)因數(shù)達(dá)到40 以上，能夠成功地完成西北地區(qū)220～750kVGIS 的交流耐壓試驗(yàn)，有效地檢驗(yàn)設(shè)備內(nèi)部絕緣狀況，保證投運(yùn)后的安全穩(wěn)定性。

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