GIS电压互感器误差试验研究

2018-01-03彭之彦

设备管理与维修 2017年10期

关键词：电容量电抗互感器

杜军，罗浪，彭之彦，何琦，冯威

（国网湖北省电力公司检修公司，湖北武汉 430000）

GIS电压互感器误差试验研究

杜军，罗浪，彭之彦，何琦，冯威

（国网湖北省电力公司检修公司，湖北武汉 430000）

在现代化的电网建设中，GIS由于其优良的特性已经被广泛应用于各个领域。根据GIS变电站的特性以及GIS变电站电压互感器误差试验中面对的问题，通过对GIS电压互感器误差试验原理进行深入的研究，为GIS电压互感器误差试验提供了新的方案，并且该方案具备简单高效的特点。通过此方案的实行，极大提升了电网工作效率，对现实难题进行了解决方案的提出与实现。

GIS变电站；电压互感器；误差试验

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.33

0 引言

对于GIS设备，GIS全称为“GAS INSULATED SWITCHGEAR”其中文名称表示为气体绝缘全封闭组合电器，是电网系统中较为常见的一类特殊电气设备组合，具体构成部分主要有断路器、互感器、母线以及各种不同功能的开关等等，这些设备有一个共同的特点就是大部分封闭在金属接地的外壳中，其壳内部还存在一定程度的压力气体，并且这些气体都是绝缘的。GIS设备自开发以来，已经在电网系统中被广泛应用，其在高压地区具有极佳的适用性，并且为了维持其内部具有相当压力的特性，它们大部分构造相对紧密，占用空间较小，并且配置灵活方便的同时还具备较强的环境适应力，由于其外层的外壳使其具有较高的安全性，检修维护方面具有相当优势。互感器本身具有标准的技术参数可以使用升压方式简化互感器误差实验。但是位于GIS中的电压互感器由于外壳北部架构的不同导致其管道内部电容量具有波动性，在不稳定电容量的环境下GIS电压互感器不能准确进行现场误差试验，这个问题是目前亟待解决的。

1 电压互感器与GIS组合分类

（1）半封闭式HGIS。这种类型的组合电器一般会用电容式电压互感器来构建此类电压互感器，同时电压互感器作为一个单独的单元发挥功能，不会参与到GIS的架构当中。

（2）全封闭式GIS。全封闭式可以顾名思义，其所有的设备单元全部都封闭在金属接地的外壳中，并且其内部填充了绝缘气体，这种气体通常是SF6气体，因此GIS全封闭设备也称为SF6全封闭设备，具体构成部分主要有断路器、互感器、母线以及各种不同功能的开关等。

（3）单元式GIS。这种组合方式通常是一种接线方式，其主要目的是将电源引进变电站，把其中一个单元间隔的CIS设备组合在一起，具体构成部分主要有断路器、各种不同功能的开关和避雷器等。

2 GIS电压互感器误差试验的技术难题

对于GIS来说，是目前电气设备中运用最为广泛的，由于其大部分封闭在金属接地的外壳中，其壳内部还存在一定程度的压力气体，并且这些气体都是绝缘的，这就使得该设备能够运用到大多数普通设备构造所不能胜任的地方，如高压的海底，以及海波较高的地区等等。而全封闭式GIS就意味着单位整个变电站的设备都是CIS组合，通常把它称为GIS变电站比较通俗，该GIS变电站的特征是电压互感器都是电磁式电压互感器，而不是传统的电容式电压互感器，因此GIS管道内还存在电容部分，如果使用传统的方法对变压器进行直接升压来进行电磁式变压器互感器的检定，那么由于需要过大升压变压器容量，以至于检定电磁式电压互感器的原有升压器已经不能满足其检定需求，使得GIS电压互感器误差试验不能完成。

按照普通电磁式电压互感器的测试要求，只需要进行10 kV·A升压变压器就能够达到测试要求，但是对于GIS电压互感器测试的要求来说，10 kV·A的升压是远远不能满足的。并且根据主体与客体的关系来看待被试电压互感器与升压器的关系，其被试电压互感器也不能被当作升压器来为自己提升电压，并且也不能达到容量要求。因此传统的电磁式电压互感器鉴定方法已经不能适用于GIS中，需要通过其他途径来完成GIS电压互感器误差试验。

3 封闭GIS电压互感器误差试验解决方法

通过电容式电压互感器测试的原理，在测试回路中串联加入可调组合电抗器，使其与CIS管道内存在的电容构成新的电路，该电路的功能在于串联谐振，其特性可以通过简单快捷的途径获取以此电压，该电压能够为GIS电压互感器误差试验所用到。

由于试验受到环境因素的影响较大，同时GIS实地位置的管道长度需要根据实际规划以及其他设备因素来确定，其结构也不能在试验阶段进行确定，所以对于GIS管道的电容量只能在一定程度上依靠经验与历史数据的分析来实现，因此对于抗电的调整工作就非常有难度，并且经过多方的努力最后试验的结果还不能算是达到了计划的预期效果。对于这些试验过程中所出现的问题需要对其逐一排除，最后只有在GIS电压互感器试验中通过其他技术方式来对实际难题进行解决排除。

3.1 利用变频电源和标准电容标定可调电抗电感值

目前国内电气设备中，有一种串联谐振装置能够实现通过串联谐振电源，来对GIS电压互感器进行现场误差测试，这种串联谐振装置的构造配置有两种电抗：一种可调电抗，其额定电流定为0.5 A，额定电压设置为较为少见的40 kV；第二种可调电抗的额定电流定为1 A，是第一种可调电抗的两倍，额定电压则同样定为40 kV。该装置中的可调电抗对于不同调节位置的电感量没有进行固定的标准设置，只是根据不同固定电容量给出了固定的调节值。在对GIS电磁式电压互感器的测试时不能确定管道的电容量，其串联谐振所对应的电抗值也不能有一个调节依据，从而无法精确设定电抗值，需要根据经验与以往数据分析来不断反复的试取数值已期能够使之匹配，这样的工作程序使得工作效率极为低下，同时也耗费了大量时间成本。现阶段对于这样的问题现状，笔者通过对电频电源与标准电容对可调电抗在多个区域的电抗值做出一个标准化设置，并且通过曲线图的方式将电抗至调节位置的曲线绘制出来，这样就可以通过比对来减少需要反复盲目调整的问题。其中设定参数为：①变频电源容量设置为20 kV·A；②输入电压设置区间为0～220 V；③输出频率设置区间为30～300 Hz。通过变频电源与标准电容的方式，来标定可调电抗电感的具体原理如图1所示，其中，LX为可调电抗，C0为标准电容。

图1 标定电感值原理

在整个实验过程中，笔者采用串联谐振装置设备生产厂家所设定的标准，以及可调电感与标准电容器。具体可调电抗LX设定的额定电流为0.5 A，额定电压设定为40 kV，可调节范围区间设置为0～60 mm。另外标准电容媒介电容量设置为0.02 μF。在具体的试验过程中将两节串联使用，得到C0=0.01 μF。一旦在试验中，电路条件满足ωLX=1/ωC0时，电路就会在此时处于谐振状态。在明确公式LX=1/，其中，C0和 LX含义同上，C0是已知量，气隙调节范围区间为0～60 mm。在实际试验过程中，对于LX的间隙是可以进行调节的，可以对应气隙调节范围区间，来获取具体的电感量数值。经过具体的计算，对应气隙调节范围区间0～60 mm的对应电感值具体如表1所示。

3.2 利用变频电源现场测GIS管道电容参数

在GIS电压互感器误差试验中，变频电源具备自动搜素的功能，它能够对实验电路的谐振频率进行搜索，也可以通过具体的数据统计表来得出电感值数值，通过计算可以得知GIS管道电容量的具体数值CX。当GIS电压互感器试验中的电路产生串联谐振的现象，则满足：ωLX=1/ωCx，因此可以得出GIS管道电容测试过程以及原理具体如图2所示。