CN105353283A - 一种500kV GIL设备的交流耐压试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种500KvGIL设备的交流耐压试验方法，包括以下步骤：步骤(1)试验前准备：断开高压电缆、架空进线、变压器与GIL设备的连接，将试验仪器与GIL设备连接形成交流耐压试验回路；步骤(2)分段加压试验：在最高运行相电压对GIL设备逐步施加交流电压进行老练试验15min，然后升压至0.8倍耐压值进行老练3min，最后升压至耐压值进行1min的交流耐压试验，记录谐振回路的品质因数、谐振频率、试验容量、试验电流和励磁变压器容量，判断GIL设备是否出现故障。本发明采用串联谐振耐压装置对GIL设备进行交流耐压试验，输出电压波形好、升压平稳，不会对被试品和试验设备产生破坏。

Description

一种500kV GIL设备的交流耐压试验方法

技术领域

本发明属于交流耐压试验技术领域，尤其涉及一种500kVGIL设备的交流耐压试验方法。

背景技术

GIL(gas-insulatedmetal-enclosedtransmissionlines)是指气体绝缘金属封闭输电线路，它是部分或全部采用SF6气体绝缘的金属封闭线路。GIL因其输送容量大、可靠性高，在核电和水电输电系统中得到广泛应用。

GIL安装过程中，在联结、密封等工艺处理方面的可能失误，导致电极表面刮伤或安装错位引起电极表面缺陷；空气中悬浮的尘埃、导电微粒杂质和毛刺等在安装现场又难以彻底清理。这些缺陷如未在投运前检查出来，将引发绝缘事故。统计表明，GIL的绝缘事故中约有2/3发生在未进行过现场耐压试验的设备上。

交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度最直接和最有效的方法。交流耐压试验符合设备绝缘实际运行情况，能有效地发现上述绝缘缺陷。故交流耐压试验在电气设备绝缘的各项试验中，是一项具有决定意义的试验。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种500kVGIL设备的交流耐压试验方法。

本发明的技术方案如下：一种500kVGIL设备的交流耐压试验方法，包括以下步骤：

步骤(1)试验前准备：断开高压电缆、架空进线、变压器与GIL设备的连接，检查试验仪器后，将试验仪器与GIL设备连接形成交流耐压试验回路；

所述试验仪器为变频式串联谐振耐压装置，所述变频式串联谐振耐压装置由变频电源、励磁变压器、电抗器和分压器组成；

步骤(2)分段加压试验：在最高运行相电压对GIL设备逐步施加交流电压进行老练试验15min，然后升压至0.8倍耐压值进行老练3min，然后操作断路器、隔离开关及接地刀闸，最后升压至耐压值进行1min的交流耐压试验，记录谐振回路的品质因数、谐振频率、试验容量、试验电流和励磁变压器容量，然后判断GIL设备是否出现故障。

本发明利用串联谐振耐压装置进行GIS设备的交流耐压试验，可以利用较低电压、较小容量的变压器对大容量GIS设备进行耐压试验。

GIL设备交流耐压试验的耐压值为出厂试验时施加电压的80％，试验电压施加到每项主回路和外壳之间，每相一次，其他相应的主回路应和接地外壳相连，每个部件都至少施加一次试验电压，并避免设备部件多次重复耐压。

GIL设备交流耐压试验中通过变频电源将三相工频电源变为频率和电压可调的电源输出，通过调节电源频率使试验回路中的感抗等于容抗，电路发生串联谐振，使电感或电容两端获得一个等于励磁变输出电压Q倍的电压，Q为谐振回路的品质因数：

当回路发生串联谐振时，试验回路中的感抗等于容抗X_L＝X_C，此时：

$Q=\frac{U_C}{U}=\frac{X_C}{R}=\frac{1}{\mathrm{\ω}CR}=\frac{\mathrm{\ω}L}{R}=\sqrt{\frac{L}{C}}/R---\left(1\right)$

U—励磁变输出电压，I—励磁变输出电流，R—串谐系统等效电阻，U_C—串谐输出电压，ω—角频率，ω＝2πf；L—电抗器电感量，H。

由式(1)可知，Q的大小与回路中的电感值、电容值和电阻值有关，而在电抗器的电感值远大于回路中等效电感、回路中的等效电容基本恒定不变的情况下，减小等效电阻可以达到提高Q值的目的。

回路中的等效电阻包括电抗器直阻、励磁变等效电阻和回路中电晕损耗等效电阻。其中电抗器直阻和励磁变等效电阻基本不变，所以降低回路中电晕损耗对降低回路中的等效电阻起到关键作用，试验时为了降低电晕损耗，应尽量选择晴天空气较干燥时进行，一次引线应尽量使用防晕导线并尽量缩短其长度，一般不宜使用裸铜线，加压套管处应加装均压环，电抗器应对地绝缘、表面干燥清洁。

所述GIL设备的交流耐压试验回路发生谐振，X_L＝X_C，即ωL＝1/ωC，则回路谐振频率按式(2)进行计算：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{LC}}---\left(2\right)$

f₀—谐振频率，Hz；

L—电抗器电感量，H；

C—被试GIL设备和分压器电容量，F。

所述GIL设备的交流耐压试验回路中流过的电流等于流过电抗器的电流等于流过被试GIL设备的电流，试验电流可按式(3)进行计算：

I＝I_L＝I_C＝ωCU_C(3)

I、I_L、I_C—试验回路中的电流或流过电抗器或被试品的电流，单位A；

ω—角频率，ω＝2πf；

U_C—被试GIL设备两端的试验电压，单位kV。

所述GIL设备的交流耐压试验回路中试验容量等于被试品两端的试验电压乘以流过它的电流，可按式(4)进行计算：

P_S＝U_CI_C＝ωCU_C ²(4)

P_S—试验容量，单位kVA。

所述GIL设备的交流耐压试验中励磁变压器容量应大于式(5)的值，变频电源容量等于励磁变压器的容量：

$P=\frac{P_S}{Q}---\left(5\right)$

P—励磁变压器容量，kVA；Q—试验回路品质因数。

谐振时，试验电源所带负荷几乎为纯阻性的，输入功率也仅为被试品容量的1/Q，即其中P_S为试验容量。可见，使用串联谐振耐压装置可以利用较低电压、较小容量的变压器对大容量GIL设备进行耐压试验。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明采用串联谐振耐压装置对GIL设备进行交流耐压试验，串联谐振耐压装置输出电压波形好、升压平稳，若在试验过程中发生闪络、击穿放电，系统会因失去谐振条件而使试品上的高电压立即消失，从而不会对被试品和试验设备产生破坏。

附图说明

图1为GIL设备的现场交流耐压试验的加压程序图；

图2为第一大组交流滤波器ACF1进线GIL设备的现场交流耐压试验的加压范围图及相应刀闸、地刀状态示意图；

图3为第一大组交流滤波器ACF2进线GIL设备的现场交流耐压试验的加压范围图及相应刀闸、地刀状态示意图；

图4为第一大组交流滤波器ACF3进线GIL设备的现场交流耐压试验的加压范围图及相应刀闸、地刀状态示意图；

图5为第一大组交流滤波器ACF4进线GIL设备的现场交流耐压试验的加压范围图及相应刀闸、地刀状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。

以下实施例对普洱换流站的GIL设备进行现场交流耐压试验，被试GIL设备由西安西电开关电气有限公司生产，其相关技术参数如表1所示。工程母线长度如表2所示，每相GIL电容值如表3所示。

表1GIL设备参数

表2工程母线长度

表3每相GIL电容量

实施例中采用的变频式串谐装置耐压装置主要由变频电源、励磁变、电抗器、分压器组成，其主要技术参数如表4所示。

表4变频式串联谐振耐压装置主要部件技术参数

交流耐压试验的最高电压为592kV，由表1所示的设备参数可以看出，每节电抗器的额定电压为200kV，使用3节或4节电抗器均可以满足试验要求；试验用每节电抗器高约2.2m、重约4t，考虑到现场设备的安装和试验安全问题，遂决定采用3节电抗器进行试验。

每节电抗器的额定电感为100H，因此谐振回路的电感为300H，即L＝300H。若要在可调频率范围内发生谐振，按照全补偿的原则，将L、f值代人式(2)中，得到试验电容量的范围为：0.94nF＜C＜211nF。

当试验电容量为211nF、试验频率为20Hz时，此时的电流值为：I＝ωCU＝2×3.14×20×211×10^-9×59200＝15.6A，大于设备额定电流10A。当I＝10A时，计算可得试验电容量最大为85.6nF，此时谐振频率为31.42Hz。

由上述的分析计算可以看出，采用3节电抗器完全可以满足GIL设备的交流耐压试验工作。

GIL设备试验相关要求

试验原则

GIL现场交流耐压试验电压值应为出厂试验时施加电压的80％，试验电压应施加到每项主回路和外壳之间，每相一次，其他相的主回路应和接地外壳相连。设备安装后不必单独进行相间绝缘试验。

试验程序

GIL设备的出厂试验电压为740kV，根据规程要求现场试验的耐压值为U_f＝740×0.8＝592kV，根据规程建议和与厂家商定现场试验加压程序为：在最高运行相电压进行老练试验15min，然后升压至0.8U_f进行老练试验3min，最后升压至耐压值U_f进行1min的交流耐压试验，如图1所示。

交流耐压试验参数计算

(1)试验频率、试验电流计算

进行GIL设备耐压试验之前，与厂家确认设备安装情况。现场实际试验按照表5所示方式进行，试验时断路器、隔离开关、接地刀闸状态如表4.2所示，谐振频率、试验电流理论计算如表4.3所示，谐振频率、试验电流的理论计算如表5所示，试验时带电范围见图2至图5。

表5现场试验日期及被试设备间隔

序号	试验间隔	备注
			1	ACF1进线GIL
2	ACF2进线GIL
			3	ACF3进线GIL
4	ACF4进线GIL

表4.2试验时断路器、隔离开关、接地刀闸状态

表4.3谐振频率、试验电流理论计算

序号	电容量(nF)	谐振频率(Hz)	试验电流(A)
				1	11	87.66	3.58
2	13	80.63	3.9
				3	16	72.68	4.32
4	13	80.63	3.9

(2)试验容量计算

分别选取2组GIL(318kV时)进行试验容量的计算，如表6所示。试验时励磁变低压侧采用350V端子输入，高压侧采用55kV端子输出，所以励磁变的变比k_T＝55000/350＝157。

表6试验容量计算

GIL设备的现场交流试验安全控制措施

GIL试验区域大，试验监护较为困难。分部人员通过以下措施保证了试验的安全进行：

a)试验方案编写时即对试验过程中可能的风险进行了分析并提出了有针对性的控制措施。

b)试验前发布现场工作通知单，告知有关单位试验时间和安全注意事项，保证现场工作安全。

c)由于现场工况复杂，试验一般选择在其他单位作业人员中午休息或晚上下班后进行，这样大大降低了试验的风险。

d)购置带安全警示标识的围网替代传统的安全警示带，围住试验区域四周，对防止试验过程中人员的突然闯入，起到了良好的效果。

e)在人员有可能进入试验区域的位置派专人进行监护，及时发现，及时告知，及时制止，保证现场试验安全。

普洱换流站GIL设备耐压试验故障分析

在进行普洱换流站第二大组交流滤波器ACF2进线GIL交流耐压试验时，在B相耐压试验过程中，电压升至550kV时GIL内部发生放电。对ACF2B相放电的管母进行了现场解体检查，发现故障段管母的固定三支柱绝缘子表面有明显的贯穿性沿面闪络痕迹。其可能原因是在GIL现场安装对接时清洁度控制不好，导致有异物附着在绝缘子表面，如微小颗粒、灰尘等。

Claims (7)

1.一种500kVGIL设备的交流耐压试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)试验前准备：断开高压电缆、架空进线、变压器与GIL设备的连接，检查试验仪器后，将试验仪器与GIL设备连接形成交流耐压试验回路；

所述试验仪器为变频式串联谐振耐压装置，所述变频式串联谐振耐压装置由变频电源、励磁变压器、电抗器和分压器组成；

步骤(2)分段加压试验：在最高运行相电压对GIL设备逐步施加交流电压进行老练试验15min，然后升压至0.8倍耐压值进行老练3min，然后操作断路器、隔离开关及接地刀闸，最后升压至设定耐压值进行1min的交流耐压试验，记录谐振回路的品质因数、谐振频率、试验容量、试验电流和励磁变压器容量，发判断GIL设备是否出现故障。

2.如权利要求1所述的500kVGIL设备的交流耐压试验方法，其特征在于，GIL设备交流耐压试验的耐压值为出厂试验时施加电压的80％，试验电压施加到每项主回路和外壳之间，每相一次，其他相应的主回路应和接地外壳相连，每个部件都至少施加一次试验电压，并避免设备部件多次重复耐压。

3.如权利要求1所述的500kVGIL设备的交流耐压试验方法，其特征在于，GIL设备的交流耐压试验中通过变频电源将三相工频电源变为频率和电压可调的电源输出，通过调节电源频率使试验回路中的感抗等于容抗，电路发生串联谐振，使电感或电容两端获得一个等于励磁变输出电压Q倍的电压，Q为谐振回路的品质因数：

$Q=\frac{U_C}{U}=\frac{X_C}{R}=\frac{1}{\mathrm{\ω}CR}=\frac{\mathrm{\ω}L}{R}=\sqrt{\frac{L}{C}}/R---\left(1\right).$

4.如权利要求1所述的500kVGIL设备的交流耐压试验方法，其特征在于，GIL设备的交流耐压试验回路发生谐振，X_L＝X_C，即ωL＝1/ωC，则回路谐振频率按式(2)进行计算：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{LC}}---\left(2\right)$

f₀—谐振频率，Hz；

L—电抗器电感量，H；

C—被试品和分压器电容量，F。

5.如权利要求1所述的500kVGIL设备的交流耐压试验方法，其特征在于，

GIL设备的交流耐压试验回路中流过的电流等于流过电抗器的电流等于流过被试GIL设备的电流，试验电流可按式(3)进行计算：

I＝I_L＝I_C＝ωCU_C(3)

式中I、I_L、I_C—试验回路中的电流或流过电抗器或被试品的电流，单位A；

ω—角频率，ω＝2πf；

U_C—被试GIL设备两端的试验电压，单位kV。

6.如权利要求1所述的500kVGIL设备的交流耐压试验方法，其特征在于，GIL设备的交流耐压试验回路中试验容量等于被试GIL设备两端的试验电压乘以流过它的电流，可按式(4)进行计算：

P_S＝U_CI_C＝ωCU_C ²(4)

P_S—试验容量，单位kVA。

7.如权利要求1所述的500kVGIL设备的交流耐压试验方法，其特征在于，GIL设备的交流耐压试验中励磁变压器容量应大于式(5)的值，变频电源容量等于励磁变压器的容量：

$P=\frac{P_S}{Q}---\left(5\right)$

式中：P—励磁变压器容量，单位kVA；

Q—试验回路品质因数；

P_S—试验容量，单位kVA。