（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司南宁局 广西南宁 530022）
摘要：阐述了串联谐振耐压试验装置的工作原理及优点，通过现场试验介绍了几例GIS耐压试验中发生的异常情况，分别对试验设备及被试品的各种异常现象产生的原因进行了详细地分析及妥善的处理；说明了影响Q值的几种因素及应对措施，提出了现场进行GIS谐振耐压试验时的注意事项，给出了类似问题及异常的诊断方法。
关键词：串谐装置；GIS；品质因数；故障定位；措施。
0引言
气体绝缘组合电器（gas insulated switchgear），简称GIS，因其占地面积小，运行可靠，检修周期长等优点，在电力系统中得到大量应用，但GIS内部故障很大一部分都是局部放电（电晕、火花和固体介质沿面放电等）潜伏性故障，尤其是内部的盆式绝缘子由环氧树脂制造，通过模具与中心的导体浇注成一体，表面容易刮伤、凸起、以及附着杂尘或导电颗粒；另外，GIS大多都是在现场组装或安装，在安装过程中由于工艺、环境条件等不同，可能发生错误或内部遗留异物及杂质，再者运输过程中存在一些不确定因素，可能会使个别内部零配件发生损伤或移位等问题。因此规定对新安装的GIS必须要进行现场试验。这些试验包括外观检查、主回路电阻测量、元件试验、SF6气体检测、机械特性试验及绝缘试验，其中绝缘试验中最重要的一项是交流耐压试验，并且对每一个独立气室都要进行。
1串谐耐压试验装置
1.1串谐装置的特点
由于GIS设备的电容量较大，用普通工频试验变压器进行交流耐压试验时，要用较大容量的试验设备和电源，而且试验装置笨重，运输和现场安装都很困难，试验过程中若被试品发生闪络、击穿等情况，短路电流有可能会烧损试品，修复起来工作量大大增加，而采用串联谐振耐压试验装置，显得更加轻便，且有很多优点。
采用串谐耐压试验装置的优点
（1）输出电压的波形正弦特性好
串联谐振耐压装置，实际上是一个谐振式电流滤波电路，它能改善电源电压的波形畸变，获得较好的正弦电压波形，从而防止谐波峰值对被试设备产生击穿。
（2）被试品击穿后，较高的试验电压立即消失
被试品击穿时，试验回路失去谐振条件，使高电压立即降低，短路电流也就被限制在试验电流的数十分之一（数值上约等于1/Q）。故障电弧容易被熄灭，不致造成被试品击穿点扩大，并且在恢复电压再建立之前可方便地调控电源。
1.2串谐耐压装置的试验原理
在某一频率下，若回路中的感抗与容抗相等，我们就认为在串联回路中满足谐振条件。如图1所示。
显然，回路的品质因数Q值决定于容抗（感抗）与电阻的比值，可见与回路中电阻有极大关系，回路中电阻越小则Q值越高。
然而在实际情况中，限制试验电压升高的原因不仅仅受制于回路电阻，另外，设备容量、电晕放电、绝缘件表面泄露及加压方式等多方面的原因均对耐压试验产生影响。正常情况下谐振试验装置的Q值应该达到40以上，因此应尽可能地提高系统的Q值，以减少电源的输出功率。
2几例GIS现场耐压试验发现的缺陷分析与处理
2.1某大用户变电站220kV GIS试验分析
2.1.1耐压试验值确定及试验程序
某厂生产的220kV GIS型号：GSP-245EH，额定电压252kV，工频试验电压为460kV，规程要求现场试验为出厂值的80%，故确定现场试验电压为368kV。
试验程序：在170kV电压下老练试验5min，再将试验电压升至245kV下老练3min，最后将电压升至368kV耐压1min。
2.1.2试验装置组合及频率估算
试验设备为某公司生产的ST3598-1875/400调频式串联谐振耐压试验装置，采用3台XK3598-625/125电抗器串联组合，共中单台电抗器额定电压125kV，电感值120H，额定电流5A；电容分压器TRF375-1.3（3节）、单节电容量4000Pf；激励变压器 LB3598-50/p、 3*3kV/5.5A。
GIS制造厂要求系统耐压试验时应联接电压互感器，试验频率应调整在120～160Hz。考虑到电容分压器电容量为4000pf，试验品电容量粗略测量为3.45nf，可以由此估算出回路的谐振频率。
2.1.3试验结论及缺陷分析处理
2.1.3.1试验现象一
耐压试验分相进行，首先对A相加压试验，按试验要求顺利通过。在进行B相试验时，将试验电压升至368kV后，持续35s时，GIS内部发生放电闪络等异常声音，并且电容分压器低压臂和数字电压表也在放电时发生损坏，随后降下试验电压后进行检查，同时更换了电容分压器低压臂和数字电压表，并加装了保护装置。为了大致了解故障的部位，再次进行加压，试验电压升至300kV时又发生放电闪络。
由于两次加压试验其放电电压不同，并且电压呈降低趋势，再者从放电的声音和现象来说应不属于自恢复放电，而是GIS内部绝缘部件有可能发生了放电击穿。为诊断放电闪络的准确部位，在怀疑放电部位装设了放电故障探头，然后重新加压至放电，经过认真查找分析，确定放电部位在B相某一隔离刀闸部位。施工单位会同厂家对GIS进行解体，发现隔离刀闸处的盆式绝缘子表面有明显的放电痕迹，如图2所示。
图2 盆式绝缘子表面的放电痕迹
显然，GIS内部该处的盆式绝缘子存在绝缘缺陷问题，随后，厂家对放电的盆式绝缘子进行了更换及处理， 重新安装调整后进行试验，耐压顺利通过。
2.1.3.2试验现象二
进行C相的相应部位耐压试验时，当试验电压加至280kV时，GIS内部也发生了放电闪络声响。同时，现场监护人员观察到高压引线的铝箔管表面有放电现象。
为了排除试验设备的原因，将高压引线与被试品断开，串谐耐压装置在空载情况下，电压可升到368kV，表明试验装置正常，随后对高压铝箔管稍作处理，继续加压，升至相同电压时，又发生了放电现象，根据室内监视人员听到的放电声，初步诊断放电闪络发生在GIS内部。分析认为，如果GIS内部放电时由于存在异常微粒或其他杂尘，通过老练放电后，放电电压应有变化或一定程度的提高，然而本次试验是在相同的试验电压下发生的放电，因此可排除GIS内部放电存在导电微粒的可能性，确切地说可能是元器件的某个部位存在缺陷。
为诊断放电闪络的准确位置，同样在疑似放电位置置入放电故障探头重新加压至放电，根据故障探头的放电故障探测结果，经过仔细查找，确定放电的部位在电缆终端盒内。
GIS电缆终端盒经解体发现连接螺母处存在毛刺，且有烧灼痕迹，显然是由于施工单位安装时紧固工艺不良所致。现场施工人员重新更换了紧固螺丝并作了打磨处理，之后进行耐压试验并顺利通过。
2.2某变电站220kV GIS试验分析
2.2.1耐压试验要求
某公司GIS出厂工频耐压试验电压为395kV，根据有关规程要求耐压试验电压应为出厂值的80%，即395kV×80%=316kV，同时厂方要求现场耐压试验时，试验程序为：在146kV电压下投入电压互感器且监视氧化锌避雷器（MOA）泄露电流（＜50μA），老练5min之后降压，切掉电压互感器、MOA等设备，再升至252kV老练3min，然后将试验电压升至316kV耐压1min，即认为耐压试验通过。
2.2.2试验设备布置及频率估算
试验设备同样使用ST3598-1875/400 调谐式串联谐振耐压试验装置，电源磁励变压器次级绕阻采用3级串联，低压输入380V高压输出9kV，高压电抗器采用串联，每节额定电压150kV，电感量120H，额定输出电流5A，高压电容分压器3节，每节电容量为4000pF，试验高压引线采用4mm2的软裸铜线，制造厂提供的GIS的等值电容量约为3.0nF，由此估算得到谐振频率如下：
我们知道，正常谐振试验装置的Q值一般大于40，显然，试验回路的Q值偏小，分析认为这是试品上的电压不能升高的主要原因。Q值的大小主要取决于回路中的有功损耗，而有用功损耗是由等值电阻决定的，也就是这些损耗主要来自于串联谐振装置的高压电抗器高压引线以及试品等元件，因此应设法减小回路中各元件的损耗，换句话说就是减少高压引线过高的场强造成的电晕而形成的对地电容产生的损耗。
2.2.4电晕损耗等有功损耗的抑制
由此，可以得出减少电晕应采取的措施：
（1）加大试验引线的半径，采用专门的防电晕线。
（2）增加试验引线离地面和其他零电位体的距离。
（3）在晴朗、干燥、空气湿度相对较低的天气里试验，可提高起晕电压。
为此我们将高压引线4mm2的软裸铜线更换成120的铝箔管，并尽量缩短它的长度，目的是减少因引线太细在高压场强下空气电离产生电晕造成的损耗功率，从而提高试验回路的效率。
通过对串联谐振装置的进一步合理布置、清洁本体及设备，再加之高压引线更换为铝箔管且尽可能短后，重新试验寻找谐振点，继续升压至252kV老练3min，之后升压至规定值316kV耐压1min，顺利地完成了该GIS的耐压试验。
2.3某公司变电站110kV GIS试验故障诊断分析
2.3.1耐压试验装置设置及加压方式
变电站110kV GIS型号为ZFW-31-126，使用的串联谐振耐压装置型号为HDSR-F。按照GIS生产厂家要求，耐压试验从1# 间隔出线套管开始，断路器、隔离开关断口间及母线分相对地耐压值184kV 1min通过。首先在73kV电压下老练3min.最后将电压升至184kV耐压1min，如图3示。
由于试验要求对GIS所有断口都要进行耐压试验，首先使所有刀闸及断路器处于合位並拉开接地刀闸，进行母线绝缘子的耐压试验，待通过后逐级拉开刀闸或断开断路器，并合上相应的接地刀闸，对刀闸及断路器断口进行耐压试验。
2.3.2故障原因及分析
2.3.2.1耐压试验情况
按照试验规程要求，首先对母线进行了184kV 1min耐压，母线A、B、C三相均顺利通过。
母线耐压试验结束后，对各断口进行试验，巧合的是A、B相各断口也顺利通过耐压试验，但是在进行C相耐压时（此时，A、B相均短路接地，拉开所有刀闸及断路器，合上相应的接地刀闸），73kV老练5min顺利通过，继续升压至126kv老练3min，当电压升至125kV也就是即将达到老练试验值时，试验装置被GIS内部放电而保护动作跳闸，经初步分析GIS气室内有放电故障。
2.3.2.2 故障诊断及分析
现场分析可能是气室某部分绝缘发生击穿，于是再次加压至放电发生，同时置入放电故障探头，根据测试结果，发现故障缺陷在3号间隔断路器室与Ⅱ#母线气室的隔离的盆式绝缘子上有放电痕迹，如图4所示。
图4 断路器室与Ⅱ#母线气室隔离的盆式绝缘子的放电痕迹
2.3.2.3缺陷处理
生产运维单位要求GIS制造厂家将有缺陷的间隔返厂维修，在更换了放电的盆式绝缘子，同时仔细检查了其他绝缘件、导电部分以及壳体内壁等部件，进行了出厂耐压试验后，返回现场重新安装调试，经过所有间隔的耐压试验均一次通过，耐压合格。
3注意事项
（1）大容量设备耐压试验中，如果发生试品闪络击穿等现象，极易造成分压器低压臂和数字电压表的损坏，此时，应在分压器低压臂处加装放电管或其他保护装置，防止低压臂、数字电压表等装置的损坏。
（2）耐压试验过程中发生放电现象时，要认真进行分析，区分放电现象是由于导电微粒或其他杂质还是其他电气元器件存在质量问题，以便正确处理，少走弯路。
（3）当GIS独立气室或间隔较多时，仅靠经验或人耳监听判断放电故障部位往往比较困难，甚至发生误判，这种情况下可辅助采用放电故障定位仪来进行检测和定位，以便作出相应的处理。
（4）进行大容量试品的串联谐振耐压试验时，要注意试验回路中频率的影响，在确保安全的情况下，应尽可能的缩短试验回路的高压引线，並采用大直径的导线，最好采用较大直径的铝箔管作为高压引线，以减少由于高压场强引起的电晕放电产生的损耗对试验的影响。
（5））采用调频式串联谐振方法在现场对GIS 进行耐压试验时，试验接线必须正确可靠，高压引线应尽可能短，引线表面毛无刺并保证试验接线牢固且接线规范，不可将高压输出线接到均压环上，非升压相接地应可靠，避免接地不良产生悬浮电位放电，耐压试验时电流互感器二次应在GIS本体上的端子箱内完成短接接地，如遇内置式电流互感器结构无法做到，方可在汇控柜二次接线端子上接地，若采用后者需仔细检查接线并确保接线可靠。
（6）试验结果的判断
当GIS的每一部件均按选定的试验程序、耐受了规定的试验电压而无击穿放电，则可认为GIS通过试验。试验过程中如果发生击穿放电，可采取下列步骤：重复进行试验，施加规定电压，如果设备还能承受，则认为是自恢复绝缘的放电，重复试验达到规定要求，则认为耐压试验通过。关于允许重复试验的次数因各制造厂设备结构、材料有差异，目前尚无统一的规定，对此需与制造厂在现场人员具体协商而定，但不认为是可以多次反复进行的。如果重复耐压失败，则需确定放电气室后进行处理。耐压试验时结合超声局放测量也可辅助判断试验结果。
4结语
GIS现场串联谐振耐压试验是一项大型试验项目，由于试验电压高、危险点多、试验过程复杂，要求试验人员应清楚串联谐振的试验原理和方法、试验流程、并能准确判断分析试验结果。试验中出现非正常现象后需进行综合分析，在排除试验装置、接线等外界因素影响的同时，应与制造厂现场人员讨论设备本身可能存在的问题，切忌贸然增加电压，造成对设备多次耐受试验电压后可能产生不良的后果。为使试验顺利可靠进行，要特别重视试验装置的布置、试验回路的连接、故障的诊断、监测及处理等各个方面，以确保试验的正常顺利进行。
参考文献
[1]Q/GDW168-2008.国家电网公司企业标准《输变电设备状态检修试验规程》
[2]陈化钢.电力设备事故处理手册[M]，北京：中国水利电力出版社.2004
[3]邱毓昌.GIS装置及其绝缘技术[M]，北京：中国水利电力出版社.1994
作者简介：司书林，男，1990年生，助理工程师，本科毕业于英国桑德兰大学电子与电气工程专业，长期从事一次检修、高/低压电气试验及油化试验等工作。
论文作者:司书林
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/28
标签：耐压论文; 电压论文; 谐振论文; 装置论文; 回路论文; 引线论文; 高压论文; 《电力设备》2018年第29期论文;