GIS 设备现场冲击试验

马宏明，彭兆裕，王科，程志万，彭晶

(云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217)

0 前言

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)具有体积小、占地面积少、不受外界大气条件影响、维护量少、检修周期长等特点，得到了广泛推广使用［1］。GIS 设备在现场安装完毕后，必须进行主回路绝缘试验以检查其总体安装后的绝缘性能是否完好，GIS 设备在包装、运输和安装过程中可能带入的内部绝缘缺陷类型主要有两种［2－5］:一种是活动绝缘缺陷，例如自由导电微粒等;另一种是固定绝缘缺陷，例如绝缘件表面损伤等。GIS设备的不同缺陷类型对试验电压波形的敏感度不一致。交流耐压试验对绝缘介质污染类缺陷比较敏感，冲击试验对异常的电场结构类缺陷比较敏感。为保证GIS 设备以良好的状态投入运行，有必要在现场交流耐压试验后再进行现场冲击试验，保证GIS 设备投运前的全方位检查。

1 现场雷电冲击试验

根据国家、行业或公司相关法律法规及标准规定，现场具备条件时，应开展雷电冲击电压试验。现场选用的冲击发生装置选用1 800 kV/180 kJ 冲击电压发生器成套装备，该成套装备主要由CDY－HW1 800 kV/180 kJ 冲击电压发生器本体、FYW－2 000 kV 弱阻尼电容分压器、CCK－2511 计算机测量与控制(光纤)系统等部分组成。

现场冲击电压发生器原理概括为:并联充电、串联放电［6］。其示意图如图1 所示。

1)充电过程:回路由充电状态转变为放电过程是利用一系列火花球隙来实现，它们在充电过程中都不被击穿，这时各级电容器C 经数目不等的充电电阻R 并联地由电压Uc 的整流电源充电，将每级电容器C 充电到电压Uc。

2)放电过程:一旦第一对火花球隙击穿(自触发、点火触发两种方式)，其他各级球隙将迅速依次击穿，各台电容器被串联起来对波尾电阻R2 和波前电容进行放电，使试品上受到相应幅值的冲击电压波。

图1 移动式冲击电压发生器原理

移动冲击试验装置体积较大，将该成套装置方便、快捷地运送到现场较为关键，三个集装箱将现场移动冲击试验成套装置的所有零部件合理安装固定。

2 点火装置同步特性

放电球隙的同步特性是影响移动冲击电压发生器模拟瞬态过电压性能的关键因素［7］。移动冲击电压发生器的点火球隙间距应有一定的同步范围。当设置不同的球距时，发生器本体9 对球隙应能在合适的电压范围内同步触发点火［8］。

在调试过程中逐次设置不同的球距，寻找各球距下的同步触发电压的范围，并计算其同步范围。实测试验数据见下表1 所示。

表中:dmin为可点火同步电压最小球距;dmax为可点火同步电压最大球距;M 为同步范围百分数

表1 球距同步范围数据表

其中，同步范围可以由以下公式计算:

从表1 中可以看出，该1 800 kV/180 kJ 冲击电压发生器成套装置在各级电压下的同步范围均大于20%，即各级冲击电压下球距均有较好的同步特性，可以满足现场冲击试验要求。

图2 给出了测量得到的球距跟踪测量曲线。

图2 冲击本体球距跟踪曲线

该冲击本体球距跟踪曲线在现场冲击电压试验中得到了验证。

3 现场试验

利用1 800 kV/180 kJ 冲击电压发生器成套装备在220 kV GIS 设备上开展了现场雷电冲击电压试验。

为产生符合规定的雷电冲击电压波形，现场需要根据移动冲击电压发生装置的各项参数及GIS 设备的容量，配置相应的波形电阻。式(2)和式(3)给出了冲击电压发生器产生雷电冲击电压波形参数的计算原理［9］。

式中:T1、T2分别为波前时间和波尾时间;R1、R2分别为波头电阻和波尾电阻;C1、C2分别为充电电容和负载电容。

根据计算和实验室调试情况，将电阻电感配置如下:

波前电阻:70 Ω×3 (1、3、5 级)+0.1mH×3 (2、4、6 级)

波尾电阻:72//3.5 kΩ×6

试验电压为额定雷电冲击耐受电压值的80%，即1 050* 0.8=840 kV。

先做负极性的雷电冲击耐受试验［10］:

1)在50%的试验电压下进行试验回路的电压波形调整;

2)在80%的试验电压下加压一次进行试验设备的效率核准;

3)若试验设备的波形和效率都满足试验要求，对试品连续施加三次100%的冲击试验电压。

再按负极性方法进行正极性的雷电冲击电压试验。

按照上述步骤，对500 kV 思茅变220 kV GIS设备进行了840 kV 电压值下的正负极性各三次雷电冲击电压试验，试验过程中GIS 设备均未发生闪络或击穿现象，顺利通过了该冲击试验。

4 结束语

综上所述，为降低GIS 设备的缺陷率，应采取可能各种有效的检测手段，避免设备故障的发生。现场移动冲击电压试验，对绝缘子裂纹、表面的脏污和导电毛刺等电场结构异常的发现非常有效，通过该项试验能够在GIS 设备投产前发现各种隐患，避免该隐患带入到运行阶段，造成不可估量的损失。因此，对于新投运的GIS 设备开展现场冲击试验是很有必要的。

［1］胡伟，陈勇，等.三峡550 kV GIS 的雷电冲击耐受试验方法［J］.高电压技术，2011，37 (4):883－887

［2］康钧，徐世山，李军等.800 kV GIS 设备现场冲击试验技术探讨［J］.青海电力，2011，30 (7):1－2

［3］Martines H，Rebollar G V，Madero V，et al.Design and simulation of a grounding grid for GIS substation ［J］.IEEE latin America Transactions，2008，6 (2):137－143.

［4］刘强，郭洁，胡斌等.550 kV GIS 不同冲击波试验电压作用下的电压等价性分析［J］.高压电器，2012，49(10):114－120

［5］DL/T 617－2010，气体绝缘金属封闭开关设备技术条件［S］.

［6］张仁豫，陈昌渔，王昌长等.高电压试验技术(第3 版)［M］.清华大学出版社，2012

［7］王建生，殷保廉.冲击电压发生器同步特性的改善措施［J］.高电压技术，2002，28 (1):17－18

［8］孙强，董明，仁重等.现场用GIS 冲击耐压试验及局部放电检测装置设计［J］.高电压技术，2012，38 (3):639－644

［9］张广东，孙亚明，马建海等.3600 kV 冲击电压发生器试验装置调试［J］.甘肃省电机工程学会获奖优秀学术论文集，2010:52－56

［10］GB/T 11022－2011，高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求［S］.