摘要：GIS设备在投运前，必须进行交流耐压交接试验。该试验能有效检测出设备在运输过程中的机械振动、撞击等是否导致GIS元件或组装件内部紧固件松动或相对位移，安装过程中，在联结、密封等工艺处理方面是否存在失误，导致电极表面刮伤或安装错位引起电极表面缺陷；清理空气中悬浮的尘埃、导电微粒杂质和毛刺等。能有效防止投运后发生绝缘事故的发生。目前GIS的现场交流耐压试验一般采用三种试验设备：工频试验变压器、调感式串联谐振耐压试验装置和调频式串联谐振耐压试验装置。在电力系统工作中，我们常用调频式串联谐振耐压试验装置进行交流耐压试验。试验前需编写耐压方案。在本文中，提出一种用MATLAB程序语言来实现耐压方案的选择。
关键词：MATLAB；耐压方案；串联谐振
GIS耐压试验方案编写涉及到的计算复杂，循环计算步骤多，并且计算过程中涉及π的运算，手动计算精度相对较低。为提高试验人员编写方案工作效率，提高计算精度，提出用MATLAB程序语言确定GIS耐压方案的研究。
一、调频式串联谐振耐压原理
调频式串联谐振耐压试验装置原理接线如图1所示。
图1中，被试品GIS的等值电容
与分压器的等值电容
之和为
是电抗器的电感量。当调节变频控制器输出电压频率使
时，电抗上的压降等于电容上的压降，即
（1-1）
试验回路电流为
（1-2）
励磁变压器Tr供给的电压大小
由回路品质因数
值确定，其值为
（1-3）
串联谐振耐压试验电源容量应大于下式，即
（1-4）
图1 串联谐振原理图
调节变频控制器输出电压频率达到谐振条件，即
时，其余各参数满足式（1-1）-式（1-4）及试验要求。
二、耐压方案编写内容
方案封面：包含批准、审核、编制、工作负责人、计划工作日期等内容。
1、试验目的：
2、试验原理图：
3、加压点选择：
4、人员分配：
5、试验依据：如果是GIS设备 《气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则》 GL/T555-2004
6、被试品基本参数：设备型号、长度、电容量等。
7、相关参数的计算：
①根据《相关规程》，被试品试验电压为：
耐压时间为：
②被试品电容量的计算：
③电抗器的选择：
④谐振频率的计算：
⑤试验高压回路电流计算：
⑥励磁变压器档位选择：
⑦现场试验电源的判定：
⑧过电压、过电流的整定：
8、试验前的准备工作：
①了解被试设备现场情况及其试验条件
②试验仪器、设备准备等
9、试验步骤
10、现场作业危险点分析及预控安全措施，注意事项
以上10个步骤概括了GIS耐压方案编写的步骤，根据被试设备的不同，步骤具体内容做相应改变。
一直以来，我们对第7步——“相关参数的计算” 采用的是手动计算。耗费时间较长。而步骤7中环节 ②被试品电容量的计算、③电抗器的选择、 ④谐振频率的是耐压方案计算的核心部分。将其用程序语言代替。
三、MATLAB程序的设计
设计程序实现步骤7中环节②被试品电容量的计算、③电抗器的选择、 ④谐振频率的自动计算。程序语言如下：
GIS耐压方案的MATLAB语言程序源程序如下：
function [Cx,Ut,L1,L2,locate,n,f,I3,f0]=y(U,C3,C1,C2,f1,f2,n1) %C3被试品的电容量，C1，C2电容分压器
Cx=C3+C1*C2/(C1+C2);
Ut=0.8*U;
f=[f1,f2];
L1=vpa(1/[(2*pi*f1)^2*Cx],6); % L1,L2分别为极限电感值
L2=vpa(1/[(2*pi*f2)^2*Cx],6);
if 1/[(2*pi*f1)^2*Cx]>=n1 & 1/[(2*pi*f2)^2*Cx]>=n1
locate='串联';
n=ceil(L2/n1);
f=vpa(1/[2*pi*sqrt(n*n1*Cx)],6);
I3=vpa(2*pi*f*Cx*Ut*1000,6);
for n=ceil(L2/n1):8;
n=n
f=vpa(1/[2*pi*sqrt(n*n1*Cx)],6)
I3=vpa(2*pi*f*Cx*Ut*1000,6)
f0=vpa(1/[2*pi*sqrt(n*n1*C1*C2/(C1+C2))],6) % f0为空升频率
end
end
if 1/[(2*pi*f1)^2*Cx]<n1 & 1/[(2*pi*f2)^2*Cx]<n1
locate='并联';
n=ceil(n1/L1);
f=vpa(1/[2*pi*sqrt(n1*Cx/n)],6);
I3=vpa(2*pi*f*Cx*Ut*1000,6);
for n=ceil(n1/L1):8;
n=n
f=vpa(1/[2*pi*sqrt(n1*Cx/n)],6)
I3=vpa(2*pi*f*Cx*Ut*1000,6)
f0=vpa(1/[2*pi*sqrt((n1/n)*C1*C2/(C1+C2))],6) % f0为空升频率
end
end
End
四、程序的应用和效果
以一个案例来分析：
下面例举一个被试品为GIS，根据已知条件确定其耐压方案。
例：1、被试GIS设备
型号：ZF7-126 额定电压：126kV 额定电流：1250A 绝缘耐压水平：230kV/min
制造厂家：XX 制造日期：XX
5个间隔电容量为0.004uF，GIS两端为套管
2、试验设备
采用变频串联谐振试验装置，其试验设备及相关参数如下：
A、变频电源：容量300kVA，输入电压380V/三相，频率50Hz，输出电压：0~600V两相，频率 25~300Hz
B、励磁变压器：容量300kVA，输入电压：600V，输出电压15、30、45、60kV四挡
C、补偿电抗器：电感40H，额定电压：230kV，额定电流：1A
D、电容分压器：额定电压800kV，C1：0.002uF，C2：2uF
3、现场电源：100A
4、品质因数：40
我们只需要在MATLAB对话框输入：
[Cx,Ut,L1,L2,locate,n,f,I3]=y(230,0.000000004,0.000000002,0.000002,25,300,40)
程序就自动判断出：
locate =串联
n =6
f =132.651
I3 =0.919845
f0 =229.836
说明：1、通过以上计算，可以准确地确定此次试验需要6个40H的电感串联。同时得出了空升频率和试验频率。
2、经过多个方案的试验，该程序计算精准，应用范围广，普遍适用性强。
程序计算与手动计算的结果准确性对比：
手动计算结果与程序计算结果进行对比：
程序计算的结果为： 手动计算结果：
locate =串联 locate =串联
n =6 n =6
f =132.651 f =132.72
I3 =0.919845 I3 =0.9199
f0 =229.83 f0 =229.95
可见，程序计算保留小数位数可以调节，更精确。
耗费时间进行对比：
程序计算的耗时为： 3min 手动计算结果： 37min
五、结束语
通过程序来实现交流耐压的计算过程，可以大大减轻工作人员的负担，提高作业效率。根据计算结果进行试验设备的准备，能很准确确定所需试验设备的数量。减轻了劳动力的成本和运输成本。不仅如此，该程序具有通用性，根据试验性质的不同，相关的规程不一样，但是只要改动一个参数，就可以适用到当前的试验。不仅可以对GIS耐压，还可以对主变、电缆等设备进行耐压方案的计算，甚至只要是串联谐振的相关计算，都可以应用。
参考文献：
[1]李建明、朱康.高压电器设备试验方法,2016,(15):203-205.
[2]张晓慧.电气试验，2013,(26):372-376.
论文作者:刘正兰,肖浩
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
标签：耐压论文; 谐振论文; 方案论文; 电压论文; 程序论文; 频率论文; 设备论文; 《电力设备》2017年第33期论文;