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GIS串联谐振耐压试验及其在瀑布沟电站的应用

三新电力 - 技术部    2020-04-08    浏览:    二维码

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摘要:大容量、高电压 GIS 耐压试验通常采用变频电压谐振的方法 ,通过调频变频使回路中发生电压谐振,使电压试验达到试验值。瀑布沟电站500KV GIS 室由6 条进线和 6条出线组成,采用串联谐振装直进行试验。谐振频率f=51.5 Hz ,最高耐受电流I=8...

大容量、高电压 GIS 耐压试验通常采用变频电压谐振的方法 ,通过调频变频使回路中发生电压谐振,使电压试验达到试验值。瀑布沟电站500KV GIS 室由6 条进线和 6条出线组成,采用串联谐振装直进行试验。谐振频率f=51.5 Hz ,最高耐受电流I=8.4A。只有GIS 的每一部件均已按选定的完整试验程序试验,电压元击穿放电,才认为整个 GIS 通过试验。

GIS 设备是 70 年代初期出现的一种先进的高压配电装置,英文名称为Gas-Insulated Switchgear (气体绝缘全封闭组合电气)简称GIS。

GIS 是以SF6气体作为绝缘介质,利用SF6极好的绝缘性能和灭弧性能,把断路器 、隔离开关、接地开关、TV 、TA 、避雷器 、母线、进出线套管 、电缆终端等元 件密闭组合在一起,所以称为“气体绝缘全封闭组合电气”。与传统敞开式配电装置相比,GIS 具有占地面积小、元件全部密封不受环境干扰、运行可靠性高而方便、检修周期长、维护工作量小、安装迅速、运行费用低、无电磁干扰等优点 。

在运输过程中由于机械振动、撞击等原因可能导致设备的元件或紧固件松动、位移。设备现场安装时,由于安装人员的粗心,造成连接电极表面处理不彻底,有划伤、毛刺或安装电极不到位;接口法兰面未按要求处理清洁,有杂质、灰尘或细小颗粒进人内部等情况有可能发生。为了防止这些意外因素造成内部事故,在设备安装完成后,需在现场对GIS进行绝缘检查和交流耐压试验。

1试验方法的选择

交流耐压试验通常有三种方法 :(1)利用工频高压 试验变压器进行试验;(2)采用电抗器并联补偿进行试 验;(3)采用串联谐振装置进行试验 。对于大型 GIS设备,由于前两种试验方法需要使用试验变压器进行,其容量相当大(50-500 kVA),加之需同等容量的调压设备,整套设备将相当笨重,不便搬运,不利于现场试验。所以大容量 、高电压的GIS耐压试验通常采用变频电压谐振的方法,通过调节变频电源输出频率使回路中发生电压谐振,再调节变频电源输出电压使试验电压达到试验值。试验频率可在一定范围内调节,品质因数高,无“试验死区”,而且试验设备保护功能完善,可以有效地保护试品。

2串联变频谐振试验

2.1原理      

串联谐振装置的工作原理图

串联谐振装置的工作原理图如图 1、图2。

串联谐振工作原理计算公式

则 UC=qU ,即被试品上获得的电压为励磁电压的q倍。也就是说,利用额定电压较低的试验变压器,可以得到较高的输出电压。

由于输入功率P=UIcosφ ,谐振时,负荷为纯电阻性的,即cos φ=l,故P=UI,而加在被试品上的容量PS是施加的电压 UC 和电流I的乘积,即P5=UJ=qUI=qP。由此可见,被试品上得到的容量为试验电惊容量的q倍。也就是说,用小容量的试验变压器可以对大容量的试品进行交流耐压试验。变频串联谐振装置使用大功率变频电源柜调节电源频率,使回路达到谐振,所用电抗器的电感量是不变的。试验电源频率随被试品电容量不同而改变,但应在 50-300 Hz 之间。

2.2  优点

变频串联谐振是谐振式电流滤波电路,能改善电源波形畸变,获得较好的正弦电压波形,有效防止谐波 峰值对被试品的误击穿。变频串联谐振工作在谐振状态,当被试品的绝缘点被击穿时,电流立即脱谐,回路电流迅速下降为正常试验电流的数1/10。发生闪络击穿时,因失去谐振条件,除短路电流立即下降外,高电压也立即消失,电弧即可熄灭。其恢复电压的再建立过程很长,很容易在再次达到闪络电压断开电惊,所以适用于高电压、大容量的电力设备的绝缘耐压试验。如:GIS 变电所、高压交联电力电缆、发电机、大型变压器、隔离开关、互感器等。

2.3  试验要求

(1)GIS 试品应完全安装好,充气到额定密度,并进行密封性试验和气体湿度测量合格。

(2)已完成主回路电阻测量、各元件试验以及SF6 气体微水含量和检漏试验。

(3)所有电流互感器二次绕组接地 ,电压互感器二次绕组开路并接地 。

(4)GIS 主回路的每一部分及 GIS 的每一新安装部位都应进行耐压试验 。

2.4   试验电压的加压方法

若试验设备容量较小,试验时分相进行,其它非试相与外壳连接接地。从每相进出线套管进行加压,如果 试验设备容量允许,也可三相同时加压。试验中应使GIS 每个部件都至少施加一次试验电压。同时,要尽量减少固体绝缘的重复试验次数 ,以避免在同一部位多次承受电压而导致绝缘老化,所以在制定试验方案时,试验电压尽可能从不同部位施加。

2.5  交流耐压试验程序

(1)老练试验

GIS现场交流耐压试验的第一阶段是“老练净化”,其目的是清除GIS内部可能存在的导电微粒或非导电微粒。“老练净化”可使导电微粒移动到低电场区或微粒陷阱中和烧蚀电极表面的毛刺中,使其起不到危害绝缘作用。“老练净化”电压值低于额定电压值,时间可取数分钟。

(2)耐压试验

在“老练净化”过程结束后进行,一般为出厂试验耐压值的80%,时间为1min 。

3  在瀑布沟电站的应用

该电站5OOkVGIS室由6条进线和6条出线组成,含有18组线路开关及刀闸和两组母联开关、刀闸以及两回主母线。GIS 室与主变用500kV电缆连接,单回500kV电缆长度为686m。为考察 GIS和电缆一次元件是否存在绝缘缺陷,绝缘水平是否符合有关标准的规 定和厂家技术条件的要求,我们采用串联谐振装置进行试验 。 

3.1 试验设备

30-300 Hz调频l000kV/48 A,测量范围0- l000kV,不确定度(或准确度)1kV(0.5级)。高压兆欧表测量范围0- 500TΩ;不确定度(或准确度)0.5级。

3.2   试验参数计算

(1) GIS 耐压试验

GIS 电容量Cl为 47000 PF,测量用电容分压器选取4只3000 PF, 4只标准串联组成分压器,则分压器电容量C2=3000 PF&pide;4=750 PF,分压器耐压值为 1000kV,总电容量C为GIS对地电容量与分压器电容量的总和,即

C = Cl + C2 = 47000PF + 750PF=47750 PF

选用200H/12A ,额定电压值为1000kV的串联电抗器。

串联谐振频率计算公式

 

(2)电缆耐正试验

串联谐振频率计算公式

设GIS电容量(只含一个断路器间隔和两个分支母线)为 Cl(约为4000PF),电缆电容量为C2(约为0.105 μF,按每0.14μF/km,共700 m 极限情况计算),测量用电容分压器选取4只3 000 PF/250 kV 标准电容,每只电容量为3000PF,4只标准串联组成分压器,则分压器电容量C3=3000PF/4=750PF,分压器耐压值为1000KVA,总电容量C为GIS对地电容量与分压器电容量的总和,即C≈C1+C2+C3≈4000PF+0.105μF +750PF ≈110hF。

经计算 ,谐振耐压设备各项参数皆能满足试验要求。

3.3   试验程序

串联谐振试验加压过程示意图

第一次加压施加电压为318kV ,时间5min,分别由电站6号出线回路的GIS室出线侧A 、B 、C 三相套管注入高电压。对整台GIS进行老炼试验,非加压相短路并接地,加压相各电流互感器二次侧处于短路并接地状态。电压互感器二次侧一点接地,加压相各断路器、隔离刀闸处于合闸位置,加压相各接地刀闸处于分闸位置。如图3所示 。

 第二次加压不带高压电缆 、母线和分支母线上的 电压互感器。第一阶段施加电压为 318 kV ,时间5 min , 第二阶段施加电压为 476 kV ,时间1 min ,以考察GIS 是否能经受 476 kV 电压 (以备在第三次至第八次带有电缆加压时若发生击穿 ,判断是GIS还是电缆击穿),如图4 所示 。

串联谐振试验加压过程示意图

第三次从 1号线路经5012断路器间隔加压到1号机出线高压电缆(断开50ll和5013断路器)。第一阶段电压为318 kV,时间5 min,第二阶段电压为476 kV,时间15min,如图5 所示。

串联谐振试验加压过程示意图

根据瀑布沟电站主接线方式,将对整个开关站GIS设备分别从各出线侧共进行10次加压试验,以便对各主回路每一部分都进行耐压试验 。

3.4 试验成果

在试验过程中如果发生击穿放电,则应根据放电能量和放电引起的各种声、光、电、化学等放电效应,以及耐压试验过程中进行的其它故障诊断技术提供的试 验成果进行综合判断。遇有放电情况,可采取下列步骤:

(1)施加规定的电压,进行重复试验:如果设备或气隔还能经受,则该放电是自恢复放电;如果重复试验电压达到定值和规定时间时,则认为试品合格。否则按(2)项进行。

(2)设备解体,打开放电气隔,仔细进行内部各部 位的绝缘检查。在采取必要的恢复措施后,方可进行下 一次规定耐压试验 。

只有GIS的每一部件均已按选定的完整试验程序试验,电压元击穿放电,才认为整个GIS 通过试验。

4 经验及体会

对于电容量较大、试验电压较高的试品,一般采用串联谐振耐压装置进行试验;当其配合变频电摞柜使用时,调整频率使其谐振,试验是非常方便、有效。大量现场试验证明,它不仅体积小、重量轻、装拆方便而适合现场使用,而且具有输出电压波形好、所需电源容量小,还具有试品闪络时无过电压、破坏性小的优点。这样,既可保证试验装置本身的安全,又可避免被试品因闪络击穿而使缺陷扩大 。

参考文献

[1]水利水电工程高压配电装置设计规范.北京:中国水利水电出版社,2005.1.

[2]罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电器[M].北京:中国电力出版社,1999.

[3]GB50150-91电气装直安装工程电气设备交接试验标准.

[4]朱旭东.GIS 现场耐压试验UJ.高电压技术,1991.

(此专文摘自《电力设备管理》杂志文库,专文主创:葛洲坝集团一公司)

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