亭子口水利枢纽550kV GIS设备调试及试验

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(1.国网宜昌供电公司，湖北 宜昌，443000；2.嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

1 概述

亭子口水利枢纽具有防洪、灌溉及城乡供水、发电、航运综合利用效益。电站布置4台275MW的混流式水轮发电机组，装机总容量为1100MW，是嘉陵江干流水利枢纽首次采用550kV GIS设备的水电站。电站以500kV一级电压接入电力系统，采用角形接线方式，进线两回，发电机与变压器采用联合单元接线与GIS连接；出线二回，通过GIB经垂直引到417m高程500kV出线平台。

550kV GIS设备全部引进韩国，主母线及分支母线为离相式，SF6气体绝缘母线。断路器为并联合闸电阻断口，采用液压操作机构。隔离开关型式为单相外壳，采用电动弹簧操作机构。每相断口，采用吹气式灭弧方式。型式550SR-K，额定频率50Hz，额定电压(Ur)550kV，额定电流4000A，额定气体压力0.7MPa，额定开断电流63kA，额定峰值耐受电流(峰值)170kA，额定短路持续时间3s，工频耐受电压740kV，雷电冲击耐受电压1675kV。

2 GIS整体耐压、局放、电压试验

2.1 试验目的及原理

550kV GIS调试完成，进行现场整体交流耐压、局部放电、电压试验项目，目的是检查GIS设备在出厂运输、安装调试后的绝缘性能是否良好，检验是否存在绝缘隐患，检验绝缘水平是否符合相关标准要求。目前，变频串联谐振试验已成为现场最普遍采用的行之有效的试验方法。变频串联谐振原理如图1所示，现场交流耐压试验主要仪器设备参数见表1。

FC-变频控制器 Tr-励磁变压器 L-高压电感

图1 变频串联谐振试验结线原理

表1 2550kV GIS现场试验主要仪器设备

名 称数量单个参数变频电源1输出30Hz～300Hz，电压400V，电流1250A，正弦波450kW。中间变压器1变比：低压450V，高压12kV；输出功率：450kVA。高压电抗器3电感量：100H；额定电压：250kV；额定电流：6 0A。分压器1额定电压：1000kV；电容量：750pF；精度：0 1kV。

根据GIS布置图，550kV GIS现场交流耐压范围内电容值约为17700pF。现场选用的测量用分压器额定电压为1000kV，电容量约为750pF，则总电容量约为18500pF(17700+750=18450)。选用额定电压值为3台额定电压250kV，电感量100H，额定电流6.0A电抗器，采用每3台串联方式组成1个电抗器串组，则电抗器组的额定电压为750kV，电感量为300H，额定电流为6.0A。现场试验接线原理及参数计算如下：

(1)试验电压频率

(2)被试品高压电流

式中：f——谐振频率，单位Hz；

L——电感量，单位H；

C——电容量，单位F；

I——电流，单位A；

Udr——现场试验电压，单位kV。

(3)变频柜输出容量估算

励磁变变比采用：12/0.4kV=30；励磁变低压电流：4.65×30=139.5A；变频柜进线电流：139.5/1.732=80.5A。根据上述计算结果，现场交流耐压试验主要仪器设备容量满足试验的需求。

2.2 现场交流耐压试验

试验电压应按550kV GIS设备出厂工频试验电压80℅计算，现场耐压试验值即为740kV×80%=592kV，在此电压下持续时间为1min。

在进行交流耐压试验前，先要进行老练试验。老练试验是指在对被试设备进行耐压试验前，阶段式施加较低于耐压试验电压值的交流电压，并保持一定的时间，目的是将可能存在的活动微粒杂质移到低电场区域，降低微粒危害，通过放电烧掉微粒尘埃、电极毛刺。GIS交流耐压采用分相耐压的方式进行，只进行相对地绝缘考核，其中非耐压部分可靠接地。

每一相GIS现场交流耐压试验加压程序分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3个阶段进行。试验加压程序如图2所示，试验数据如表2所示。

图2 500kV GIS现场交流耐压试验程序

表2 GIS本体现场交流耐压试验加压数据

相别加压阶段持续时间试验电压试验频率试验结果AⅠ15min317 5kV76 4Hz无击穿放电现象Ⅱ10min460 0kV76 4Hz无击穿放电现象Ⅲ1min592 0kV76 4Hz无击穿放电现象BⅠ15min317 5kV78 0Hz无击穿放电现象Ⅱ10min460 0kV78 0Hz无击穿放电现象Ⅲ1min592 0kV78 0Hz无击穿放电现象CⅠ15min317 5kV76 6Hz无击穿放电现象Ⅱ10min460 0kV76 6Hz无击穿放电现象Ⅲ1min592 0kV76 6Hz无击穿放电现象

环境条件：温度28℃，相对湿度65%，风速为0。

2.3 现场局部放电试验

现场局部放电测量有助于检查GIS内多种绝缘缺陷和绝缘弱点，检查其内部是否有活动的缺陷(异物、松动、局放等)存在，并进行缺陷定位、类型识别和危险性评估。因而它是现场交流耐压试验很好的补充。当GIS内部绝缘异常时，从初期阶段到局部放电的产生，放射出数GHz的UHF频带的高频电磁波。该电磁波在GIS的圆筒状外壳内传播，通过传感器测量可以检测出局部放电。

通过采用PD208型GIS局部放电检测仪，将超声传感探头置于GIS外壳接收10kHz～100kHz频段内的声信号，特高频传感器探头接受0.3G～3G的超高频信号。将检测仪检测模式设置为“连续测量模式”，记录单个气室在交流试验下的“原始波形”，若有超出正常值的“电平电压”或非正常的“波形曲线”，应反复测量并着重定位局部放电源的位置。

在环境温度28℃，相对湿度50%的条件下，试验电压：381kV；试验频率：76.6Hz；室内背景噪声：有效值0.1mV，周期峰值0.3mV；GIS重点部位局部放电测量电平有效值最大值0.25mV，峰值最大值1.29mV；1倍试验频率相关分量为0，2倍试验频率相关分量为0。由此判断，亭子口水利枢纽550kV GIS在投运前进行的重点部位局部放电试验，试验结果未见异常。

2.4 现场交流电压试验

GIS内装电压互感器和避雷器现场交流电压试验、试验方法试验设备同GIS本体现场交流耐压试验。

550kV GIS内装电压互感器和避雷器现场交流电压范围内电容值约为17700pF，加上4台电压互感器、避雷器电容量，约为18200pF。现场选用的测量用分压器额定电压为1000kV，电容量约为750pF，总电容量约为19000pF；选用额定电压值为3台额定电压250kV，电感量100H，额定电流6.0A电抗器，采用每3台串联方式组成1个电抗器串组，则电抗器组的额定电压为750kV，电感量为300H，额定电流为6.0A。内装电压互感器和避雷器现场试验接线原理及参数计算如下：

(1)试验电压频率

(2)被试品高压电流

根据上述计算结果，内装电压互感器和避雷器现场交流电压试验主要仪器设备容量满足试验的需求。

按照GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》，根据2013年4月西安西电避雷器有限公司《关于500kV GIS用罐式避雷器现场交流电压试验的回复》要求，“…试验时施加到避雷器两端的电压是381kV，时间不超过15min；试验电压频率<70Hz；试验时注意观察避雷器监测器的电流；试验时如果试验电压频率大于70Hz，并时间过长会影响避雷器电阻片的寿命，有可能损坏避雷器”。

故该550kV GIS内装电压互感器和避雷器现场交流电压的试验电压为317.5kV，在此电压下持续时间为5min，试验频率控制在60Hz～70Hz范围内。

在GIS本体现场交流耐压试验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段后，进行GIS内装电压互感器和避雷器Ⅳ阶段现场交流电压试验。试验加压程序如图3所示。

图3 GIS内装电压互感器和避雷器现场交流电压试验程序

说明。从0min时刻开始零启升压，于1min时刻升压至试验电压317.5kV，保持5min，于6min时刻从试验电压开始降压，于7min时刻降压至0，切断试验电源。试验数据如表3所示。

表3 GIS内装电压互感器和避雷器现场

交流电压试验数据

环境条件：温度31℃，相对湿度55%，风速为0。

3 GIS现场试验的思考

GIS的试验主要有型式试验、出厂试验及现场试验。其中，型式试验是检验产品的正确性，验证GIS装置的各项性能；出厂试验是在每一间隔上进行，以检验加工过程中是否存在缺陷；现场试验是检查GIS配电装置在包装、运输、储存和安装过程中是否出现异常现象，是GIS在投运之前必须进行的行之有效的监测方法，也是前两种试验无法替代的。亭子口暴露的问题是，在GIS制造设计过程中亟待完善相应的避雷器现场试验标准，才可以保证设计质量和产品质量，并尽可能减少设计中的不完善环节及运行中的隐患。在标准制定之前，希望广大制造设计人员能了解这些问题，在设计过程中予以充分考虑，并借鉴枢纽电站的解决措施，尽可能保证设计质量。

〔1〕邱毓昌.GIS装置及其绝缘技术.北京：水利电力出版社.