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摘要：GIS是气体绝缘全封闭组合电器（GAS INSULATED SWITCHGEAR，GIS）的英文简称，在《GB 50150-2016 电气装置安装工程电气设备交接试验标准》中规定，在GIS设备安装后投运前要进行交流耐压试验。本文介绍了GIS进行交流耐压试验的目的以及其试验原理及方法，并通过一个击穿案例分析了该试验在发现GIS内部缺陷中的作用。
关键词：气体绝缘全封闭组合电器；交流耐压试验；串联谐振；击穿放电；解体
GIS由于具有占地少，防污染，防电磁干扰，不受大气环境的影响，工作可靠等诸多优点[1-2]，因而广泛应用于我国的电力系统中。但是，由于运输途中的影响，安装工艺及环境条件的影响，会导致GIS绝缘性能的降低。为了检验GIS内部是否清洁，绝缘强度是否满足要求，保证运行的安全可靠性，因此，要对其进行交流耐压试验[3-5]。
1 试验原理及方法
1.1 试验原理
GIS交流耐压试验加压采用调频式的串联谐振电抗器，通过调节电抗器与被试品串联回路的频率使之谐振，从而得到一定频率的正弦波交流电压，然后通过励磁变压器将电压升至试验所需的电压值，设备原理图如图1所示，串联谐振的等效电路图如图2所示。
图2中，U为变压器高压侧电压，R、L、C分别为为试验回路的等效电阻、等效电感以及等效电容。此时有：
以上公式中ω为角频率，j为虚数符号，当回路中容抗XC=1/ωC与感抗XL=ωL相等时，回路处于谐振状态，此时有：
由以上（1）、（2）、（3）可以得知，在回路处于谐振时，耐压设备上施加的电压为变压器高压侧电压U的Q倍，Q也称为品质因数，即可以降低试验设备的容量与体积。此外，谐振电源是谐振式滤波电路，能够改善输出电压的波形畸变，能够有效防止谐波峰值对试品的误击穿。当试验过程中发生击穿，回路不再处于谐振状态，回路电流会降低到试验电流的1/Q倍，高电压同时消失，电弧即刻熄灭，故障电流只是试验设备的储能放电，对试品伤害少[6-7]。
1.2 试验方法
1.2.1 试验程序
根据《GB 50150-2006 电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》中的规定，GIS安装后的交流耐压试验电压值为出厂试验值的80%，耐压试验为1min，试验频率为30~300Hz，耐压过程中无放电即通过。通常在耐压试验的过程中并不是直接升压至耐压值，而是先施加一个较低的电压值进行老练试验，因为在老练试验的过程中既可以将设备内部存在的活动微粒杂质迁移至低电场区以降低或消除这些微粒杂质对设备的影响，又可以烧掉设备上的毛刺，细小微粒以及尘埃等。老练试验电压以及试验时间通常由用户及厂家协商决定，一般为系统最高运行电压的相电压进行15min老练耐压试验或者系统最高运行电压的相电压以及线电压分别进行5min及3min的老练试验，最后升压至试验电压值，保持1min。
1.2.2 试验结果分析
（1）如果GIS的每个部件均在试验电压下耐受1min且无发生放电击穿，则耐压试验通过。
（2）如果在耐压试验过程中（包括老练试验），发生了放电击穿，则重复进行一次试验，如果试验通过，则上次放电击穿为自恢复放电，耐压试验通过，发生这种情况一般是因为设备内表面脏污或缺陷所引起的气体击穿放电。如果第二次重复试验依旧发生放电击穿，则耐压试验不通过，因为这通常是固体沿面放电，最多允许发生两次，在确定放电位置后，应对该部位进行解体处理，确定故障位置的方法一般为在设备附近安排足够的人员，然后加压至再次发生放电击穿，通过听取放电声音来源确定具体故障位置。故障设备解体处理后，重新对其进行耐压试验[8-10]。
2 案例分析
2.1 背景信息
2014年12月，某变电站在对上海西门子550kV 8DQ1 HGIS进行现场交流耐压试验的过程中B08.2 B相Q62隔离开关模块的隔离开关静触头侧绝缘盆发生了放电击穿。第一次升压至606KV时，开关发生放电击穿，此后三次试验中，分别升压至398kV、350kV、300kV时发生放电击穿，随后对发生放电击穿的部位进行解体。
2.2 解体检查
在解体中，可以看到被击穿的绝缘盆上面有沿着裙边反复闪络击穿的放电痕迹。
图3 耐压击穿的绝缘盆现场安装位置
图4 绝缘盆击穿放电痕迹
2.3 故障原因分析
通过对绝缘盆的检查，可见放电痕迹表面光滑无裂痕，不存在物理破坏的痕迹，初步排除并非由于绝缘盆自身的缺陷引起击穿。接着查阅了绝缘盆以及所在间隔的出厂试验记录，均一次通过工频耐压试验以及局放试验。在排除绝缘盆本身的质量问题后，从安装人员处了解到以下信息：设备在运送至现场的过程中并没有对所有的间隔气室都采取金属封板预加微正压气体的密封保护措施，故障气室只使用了塑料封板且没有预加微正压气体的临时封板保护措施，并且在现场经历了大雨的淋湿，部分气室存在有水汽入侵的现象；另外，由于工期紧张的缘故，在温度低以及湿度大的情况下进行安装工作也造成了绝缘盆表面的水汽入侵。综上原因，本次绝缘盆在耐压过程中发生放电击穿现象是由于气室采用临时保护措施造成水汽入侵，在现场环境条件的影响下，仅靠阳光照射并没有让入侵气室内部的水汽完全排出的情况下没有对绝缘盆进行长时加热烘干处理，造成了绝缘盆绝缘强度降低，以致耐压时被击穿。
3 结论
（1）交流耐压试验能够直接有效地对GIS的绝缘强度进行鉴定，及时发现内部存在的缺陷，是保证设备安全可靠运行不可缺少的方法。
（2）GIS设备在安装前要做好密封保护措施，防止外部水汽的入侵；在安装的过程中也需要注意对有被水汽入侵的绝缘盆做好烘干处理。
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论文作者:张伟明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/21
标签：耐压论文; 电压论文; 谐振论文; 设备论文; 回路论文; 水汽论文; 发生论文; 《电力设备》2018年第4期论文;