GIS设备同频同相交流耐压试验技术应用探讨

吴伟

摘 要：探索应用基于同频同相原理的GIS设备交流耐压试验新方法，在双母线接线GIS设备扩建或检修后进行交流耐压试验时，施加在母线隔离开关断口上的试验电压和运行电压频率相位均相同，断口上承受的电压幅值为两侧电压绝对值之差，远低于隔离开关断口的绝缘水平。

关键词：同频同相；交流耐压；危险点预控

GIS设备因在节约用地、简化运维等方面有显著的优越性，在城市电网建设中大量应用。随着供电负荷不断提升及电网的优化需求，GIS设备改扩建工程逐年增多；早期投运的GIS设备运行年限的增长，大量GIS设备进入维修周期。在大量GIS设备扩建、大修工作中，为配合GIS设备耐压试验，按照传统的耐压试验方法，我们须将GIS母线全停，需克服转供电难的困难，承受高电网风险。为此，推广应用不需GIS母线全停的同频同相交流耐压试验技术显得尤为必要。

1 同频同相交流耐压试验原理

同频同相交流耐压试验装置是在传统的调感串联谐振装置的基础上，基于同频同相原理的新型耐压装置。由PT获取运行母线的电压信号作为试验参考信号，通过锁相环、线性推挽放大等技术，使得装置最终输出与运行母线电压的频率和相位相同的试验电压，接线原理如图1所示。

锁相环的输入信号经过阻抗匹配、信号滤波、放大后，提取相位参考信号，同时送入相位比较器，经过不断的调整，使得取样信号的频率与PT二次信号一致，两者之间的相位差处于很小的范围以内，使整个系统进入了同频同相的锁定状态。保护监控实时监控施加在GIS断口上的试验电压，发现超过用户设定的保护整定值或相位差异常，则发出故障信号，并立即关断变频电源的输出，停止给试品加压。

2 GIS设备母线隔离开关断口电压分析

根据规程规定，采用现有的GIS设备现场交流耐压试验方法，试验过程中同一电压等级的GIS设备必须全部停电，这是因为在GIS设备扩建或检修间隔后，特别是对于双母线接线的GIS变电站，无论是采用串联谐振或者利用电抗器并联补偿等方法进行现场交流耐压试验，由于试验电压和运行电压是两个不同的系统，他们的频率和相位不一定相同，而新建或检修部分与原有运行部分之间仅通过母线隔离开关断开，断口电压与试验电压和运行电压均有关系，其值取决于试验电压和运行电压的频率及相位，随时间变化，具有不确定性，因而带电试验可能造成隔离断口突发击穿的情况。

如果要不停电地进行GIS设备现场交流耐压试验，首先必须清楚地分析隔离断口上电压的变化情况。这里以GIS设备新建间隔后带电进行耐压的情况进行分析，此时假设I母线和II母线均带电运行，同电压等级的GIS设备不停电，试验时直接通过套管对新建的间隔进行加压，如图2所示，接地刀闸D1～D3都断开，隔离开关DS1闭合，DS2和DS3断开，断路器CB1闭合。在试验过程中，隔离开关DS2和DS3断口两端承受的电压为运行母线相电压和耐压试验电压差（向量差）。

2.1 试验电压和运行电压频率相位均不同

如果试验电压和运行电压频率相位不同，则隔离开关断口电压：

此时隔开开关断口上电压与试验电压和运行电压一起变化，且当隔离开关断口上电压为试验电压与运行电压幅值之差，如图3-（b）所示（其中U1为耐压试验电压，U2为母线运行电压），其上所承受的电压最低，断口处将不会出现击穿的情况。

通过上面的分析我们可以发现，在对GIS设备进行现场不停电交流耐压试验时，只要试验电压和运行电压频率相位不一致，在试验过程中必然出现试验电压叠加反向运行电压，使隔离断口出现电压最大的情况，因此传统的试验方法不能满足运行部分带电进行交流耐压试验的条件；只有当试验电压与运行电压频率相位一致时，隔离开关断口处所承受的电压为试验电压和运行母线电压之差（最小值），肯定不会出现断口击穿的情况，对原有的GIS运行部分和新建部分均不会产生影响，就可以解决必须全部停电才能进行试验的难题。

3 GIS设备同频同相交流耐压试验过程危险点分析及预控措施

GIS设备母线不停电交流耐压试验前须做好危险点的分析，并制定相应的预控措施，确保试验过程中人员、设备及电网的安全。

3.1 PT二次信号取样有问题，例如所取信号相别不对、不是同名端或者短路等。预控措施：（1）每次试验前都应该先测量PT二次信号模拟单元两侧直阻值以及信号线绝缘电阻等，以保证其正常可靠；（2）PT二次取样信号线的高压端和地端有明显标记；（3）PT二次取信号应该由供电局现场的专职人员来保证，并需经过双方共同确认。试验中还应设专人看护，防止误碰等情况发生；（4）试验系统中还设有母线PT取样信号缺失保护、母线PT取样信号剧烈波动保护和母线PT取样信号频率异常保护，一旦发现所取PT二次信号有上述异常，会立刻报警并启动相关保护。

3.2 耐压试验过程中，运行母线侧刀闸气室绝缘击穿可能导致运行母线发生接地故障，此时如果母差保护或运行线路间隔开关拒动，将造成上级电源越级跳闸，扩大事故范围。预控措施：耐压试验停电检修方式单中，注明运行线路对侧距离II段保护的动作时间缩短；耐压试验前，由变电继保人员检查母差保护运行正常。

3.3 母线隔离开关分闸不到位导致断口绝缘距离不够。预控措施：做好分闸到位标识、操作完检查确保分闸到位，必要时增加X射线成像，确保母线隔离开关分闸到位。

3.4 母线隔离开关断口绝缘能力下降。预控措施：（1）试验前对GIS进行气体湿度测试、气体分解物测试及局放检测，确保其绝缘状态正常；（2）加压过程中对母线隔离开关进行局放带电测试，实时监测其绝缘状况，一旦发现异常立刻降低电压、停止试验。

4 结束语

基于同频同相原理的GIS设备交流耐压试验新方法已在部分变电站进行了试点应用，该试验方法突破了国内相关技术瓶颈，为避免GIS设备扩建或检修间隔后全站停电进行交流耐压试验提供了有效的技术手段，极大提高了供电可靠性。

参考文献

[1]李建明，朱康.高压电气设备试验方法[M].北京：中国电力出版社，2001.

[2]刘文革，张明天.800kV GIS断路器气体绝缘破坏原因分析[J].中国电力，2009，42（8）：8-10.

[3]李晓峰，甄利，周新伟，等.220kV气体绝缘开关设备（GIS）耐压击穿故障分析[J].中国电力，2010，43（1）：43-45.