一起GIS 斷路器并聯(lián)電容介損及電容量測(cè)量異常分析

饒 蕾，韓尊占

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133）

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)等級(jí)和容量不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)的短路故障也急劇增加。斷路器作為電網(wǎng)中重要的一次設(shè)備，其開斷能力直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

500 kV 斷路器一般采用罐式斷路器，在斷路器主端口并聯(lián)電容器。斷路器的端口并聯(lián)電容可以有效的改善斷路器端口電壓分布，降低斷路器端口恢復(fù)電壓上升率。在DL/T 596-2021《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)》中的斷路器電容器試驗(yàn)項(xiàng)目規(guī)定了對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù)的要求：10 kV 下的介質(zhì)損耗因數(shù)值：膜紙復(fù)合絕緣：tanδ≤0.25%。

GIS 設(shè)備為SF6氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備，GIS 斷路器端口并聯(lián)電容安裝在斷路器隔室內(nèi)部，在正常檢修工作中，GIS 斷路器端口并聯(lián)電容的電容值和介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ是無(wú)法單獨(dú)測(cè)量的。在使用正接線測(cè)量?jī)啥丝诓⒙?lián)電容串聯(lián)的電容值和介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ時(shí)，試驗(yàn)的實(shí)際測(cè)量為斷路器端口并聯(lián)電容、斷路器端口、兩側(cè)對(duì)地及其他兩相和地之間的電容和介損的測(cè)量值。當(dāng)發(fā)現(xiàn)測(cè)量的介損或電容量存在異常時(shí)，再對(duì)斷路器解體進(jìn)行每端口并聯(lián)電容的檢測(cè)。

本文通過(guò)對(duì)某電站斷路器的端口并聯(lián)電容測(cè)量時(shí)電容及介損量測(cè)量結(jié)果異常進(jìn)行分析，找到導(dǎo)致該測(cè)量結(jié)果異常的因素，并提出解決方案。

1 概述

某電站GIS 設(shè)備是由西安開關(guān)電氣設(shè)備有限公司生產(chǎn)。有3 條進(jìn)線，3 條出線，1 條聯(lián)絡(luò)線，共17個(gè)斷路器。斷路器采用臥式雙端口,垂直壓氣式滅弧結(jié)構(gòu)，以SF6作為滅弧介質(zhì)，并在每個(gè)端口處安裝并聯(lián)電容。該電容為膜紙復(fù)合絕緣材料。圖1 為斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意圖，該電站GIS 設(shè)備通過(guò)盆式絕緣子分成容量不同的密閉空腔，稱為隔室。隔室內(nèi)充有SF6氣體。斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、避雷器、空氣/SF6套管采用單獨(dú)隔室。圖1 中已標(biāo)注并聯(lián)電容，該電容并聯(lián)安裝在斷路器端口，每個(gè)端口安裝兩個(gè)電容。由于斷路器是雙端口結(jié)構(gòu)，每個(gè)斷路器隔室內(nèi)安裝有4 個(gè)電容。并聯(lián)電容的電容及介質(zhì)損耗的測(cè)量可反映出該電容是否有臟污、受潮或電容元件是否擊穿等絕緣缺陷。

圖1 斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意圖

2 試驗(yàn)原理

介質(zhì)損耗角tanδ是交流電壓下電介質(zhì)中的有功分量和無(wú)功分量的比值，是一個(gè)無(wú)量綱的數(shù)，在均勻介質(zhì)中，它反應(yīng)的是單位體積介質(zhì)內(nèi)的介質(zhì)損耗。通過(guò)測(cè)量tanδ，可以反映出絕緣的一些列缺陷（絕緣受潮、臟污、油介質(zhì)劣化變質(zhì)等），介質(zhì)在交流電壓作用下絕緣的等值電路和相量圖如圖2 所示。

圖2 電容介損測(cè)量等值電路圖和相量圖

斷路器端口并聯(lián)電容介損及電容測(cè)量采用正接法，正接線法適用于被測(cè)試品兩端對(duì)地絕緣，高壓直接加在被測(cè)試品兩端。其電容和介損測(cè)量原理圖[4]如圖3 所示。

圖3 正接法原理圖

斷路器并聯(lián)電容安裝在斷路器氣室內(nèi)部，與斷路器并聯(lián)，斷路器整體包裹在氣室內(nèi)部，只有與斷路器相連的地刀連片裸露可見，在試驗(yàn)時(shí)，接線端接在與斷路器相連的地刀連片，信號(hào)端接斷路器相連的另一地刀連片，構(gòu)成測(cè)量回路。地刀連片斷開位置如圖4 所示。

圖4 地刀連片斷開圖

3 試驗(yàn)及其結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)過(guò)程

某電廠進(jìn)行時(shí)斷路器5532 的端口并聯(lián)電容測(cè)量時(shí)電容及介損量（考慮到從地刀連片加電壓，地刀連片的耐受電壓為2 kV），環(huán)境溫度12℃，濕度50%，出現(xiàn)介損超標(biāo)和電容測(cè)量不合格的現(xiàn)象。

表1 5532 的端口并聯(lián)電容測(cè)量時(shí)電容及介損量首次測(cè)量

5532 斷路器并聯(lián)電容安裝在斷路器氣室內(nèi)部，與斷路器并聯(lián)，該試驗(yàn)的實(shí)際測(cè)量值為斷路器并聯(lián)電容、斷路器端口、兩側(cè)對(duì)地及其他兩相和地之間的電容和介損的測(cè)量值。實(shí)際測(cè)量的等值電路圖如5所示，圖5 中Cx和Rx支路表示4 個(gè)并聯(lián)電容的混連等效電路，C斷和R斷支路為斷路器端口間的等效電路，C環(huán)和R環(huán)支路表示地刀連片（加壓端）與地之間的等效電路，Cb和Rb支路為被測(cè)相與其他兩相間的等值電路圖。由圖中可知，影響電容測(cè)量的因素較多，儀器所測(cè)得的電路可等效為圖6 所示。

圖5 各支路等效電路圖

圖6 總電路等效電路圖

圖5 回路中任何一條支路中R的減小都會(huì)引起總支路中R減小?；芈分衖R增大，介質(zhì)損耗增大。

為了排除各條支路的影響，將與斷路器相連的地刀連片與地之間的絕緣墊塊加屏蔽線，測(cè)量結(jié)果與之前無(wú)異。排除地刀連片（加壓端）與地之間的支路對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

現(xiàn)場(chǎng)檢查，與5532 斷路器相連的地刀553217及553227 均加裝有微動(dòng)開關(guān)，微動(dòng)開關(guān)為地刀的位置節(jié)點(diǎn)。下圖7 為微動(dòng)開關(guān)。將現(xiàn)場(chǎng)檢查，地刀的每相均安裝有微動(dòng)開關(guān)，其中B、C 相微動(dòng)開關(guān)的二次線通過(guò)軟管連接到A 相。軟管中帶鎧，且搭在隔室的外殼（外殼接地）上。

圖7 微動(dòng)開關(guān)

將軟管與微動(dòng)開關(guān)旋開，且用絕緣紙將其與外殼搭接部位進(jìn)行電氣隔離。重新進(jìn)行斷路器的端口并聯(lián)電容的電容及介損測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表2：

表2 斷路器的端口并聯(lián)電容的電容及介損第2 次測(cè)量

由測(cè)量結(jié)果可已看出，斷路器的端口并聯(lián)電容的介損值較初次測(cè)量值有所下降，但變化不大。

將B 相換向器（內(nèi)裝設(shè)微動(dòng)開關(guān)）外殼拆開，發(fā)現(xiàn)微動(dòng)開關(guān)的二次線與換向器外殼搭接，如圖8 所示,在介損測(cè)量時(shí)，地刀553217、553227 換向器外殼及內(nèi)部導(dǎo)體等電位。

圖8 B、C 微動(dòng)開關(guān)的二次線與換向器外殼搭接圖

測(cè)量微動(dòng)開關(guān)二次線和換向器外殼間絕緣為0.29 MΩ，為排除微動(dòng)開關(guān)對(duì)測(cè)量回路的影響，對(duì)5532 斷路器三相短接加壓，分別從A、B、C 兩一側(cè)取信號(hào)，試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

表3 斷路器的端口并聯(lián)電容的電容及介損第3 次測(cè)量

由測(cè)量結(jié)果可以看出，可以排除地刀553227 及553217 微動(dòng)開關(guān)影響，但無(wú)法排除測(cè)量相與其他相之間的電氣回路。地刀553217 相間通過(guò)連桿實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)，通過(guò)上述測(cè)量結(jié)果，對(duì)地刀553217 相間進(jìn)行電氣導(dǎo)通性測(cè)試，發(fā)現(xiàn)B、C 相之間通過(guò)連桿有電氣連接，將三相短接加壓，另一側(cè)三相短接取信號(hào)，側(cè)得的電容值為三相電容的并聯(lián)電容值，介損值合格。測(cè)量結(jié)果如表4 所示。

表4 斷路器的端口并聯(lián)電容的電容及介損第4 次測(cè)量

3.2 原因分析

圖9 向量圖

圖10 等效電路圖

由于斷路器端口并聯(lián)電容安裝在斷路器隔室內(nèi)，隔室內(nèi)充有SF6氣體，斷路器端口并聯(lián)電容受潮的幾率很小，一般按周期測(cè)量斷路器隔室的SF6水分及純度。斷路器隔室的SF6水分及純度滿足規(guī)程要求時(shí)，可認(rèn)為斷路器端口并聯(lián)電容不存在受潮或臟污等的情況。

若斷路器隔室的SF6水分及純度異常時(shí)，可考慮對(duì)三相整體進(jìn)行斷路器端口并聯(lián)電容的電容及介質(zhì)損耗測(cè)量，電容量滿足三相并聯(lián)值，且介損測(cè)量值（3 倍）滿足要求時(shí)小于或接近0.2%時(shí)，認(rèn)為斷路器端口并聯(lián)電容未受潮。

若此時(shí)的測(cè)量值不滿足要求要求，考慮將微動(dòng)開關(guān)及連桿拆除后，再分相實(shí)施試驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)一起斷路器端口并聯(lián)電容的電容及介質(zhì)損耗測(cè)量數(shù)據(jù)不合格進(jìn)行原因分析，查找引起測(cè)量數(shù)據(jù)不合格的外圍因素。最終鎖定與斷路器連接的地刀（從該處施加電壓）加裝的微動(dòng)開關(guān)的二次線與換向器外殼（與加壓端電氣連接）間的絕緣較低引起該處泄漏較大，且B、C 相間通過(guò)連桿電氣連接在一起，導(dǎo)致介損值偏大和電容值的測(cè)量不準(zhǔn)確?，F(xiàn)場(chǎng)工作中，由于設(shè)備的多樣性及復(fù)雜性，會(huì)給高壓試驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性造成較大影響。在開展電氣高壓試驗(yàn)工作時(shí)，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際回路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，盡量排除外界因素對(duì)高壓試驗(yàn)的進(jìn)行造成干擾。