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GIS交流耐压试验及其案例分析
沈宏强，葛占雨
(中国能源建设集团天津电力建设公司，天津)
摘要：气体绝缘全封闭组合电器设备(安装后在投运前要进行交流耐压试验。论述了GIS交流耐压试验方法，并结合案例分析了交流耐压试验对发现GIs内部异常情况所起的作用。关键词：气体绝缘全封闭组合电器(GIS)；交流耐压试验；老练试验；击穿放电0引言
气体绝缘全封闭组合电器设备在我国电力系统已广泛使用，其具有占地面积小、不受大气环境影响、防污染、防电磁干扰、工作可靠性高、检修周期长等优点。然而，GIS工作可靠性和绝缘水平受现场安装环境条件和安装工艺水平影响很大，某些偶然的因素会导致其绝缘性能降低…。如果在运行中GIS内部发生击穿放电故障，其后果较常规电器设备要严重得多，检修时间较常规电器设备也长得多。因此，为保证GIS安全可靠运行，安装后必须严格按规程进行交接试验，而交流耐压试验是发现GIS内部异常的十分重要且行之有效的方法之一。
1试验方法
1．1试验条件和准备
(1)根据试验电压和试品电容量计算所需试验设备容量(励磁变压器容量、试验电压、电流值)，确定串联、并联电感的节数，并编制详细的试验方案；
(2)将试验设备吊装放置在GIs加压出线套管附近的平整夯实地面上，试验设备(电抗器)底座与地面用枕木架空隔离，并确保电抗器不发生倾斜；
(3)断开变压器、架空出线、电压互感器、出线侧避雷器等与GIS出线套管之间的连接线，保持设备断开点与加压点之间的空间距离大于Ⅳ(Ⅳ视电压等级而定)，变压器、架空线、电压互感器、出线避雷器侧接地；
(4)将GIS内所有电流互感器的二次绕组短路，并接地；
(5)将罐式避雷器的连接导杆断开；
(6)吊车(30t)1台，吊装试验设备；
(7)高空作业车1台，安装均压环、高压引线等；
(8)安装单位负责拆掉一次引线，试验完毕后负责恢复相应接线；
(9)设备安装单位负责连接(拆除)高压引线及CT二次的短接；
(10)根据GIS电容量计算试验电流，选择并准备相应容量的三相V电源；
(11)GIS交流耐压试验前，按GB-《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》的要求，完成其各项常规交接试验项目，并确认合格；
(12)GIS应完全安装好，充合格SF6气体到额定压力，并进行各气室的微水和密封性试验测量合格后，才能进行耐压试验；
(13)检查GIS的断路器和隔离开关处在合闸位置，接地开关和快速接地开关处在断开位置；
(14)检查GIS外壳座接地良好，非试验部分有足够的绝缘距离，并可靠接地；
(15)受试验设备容量的限制，如果GIS总的负载电容非常大，耐压试验只能分多次从出线侧不同的套管处加压，通过Ⅳ次试验完成GIS(含所连设备)耐压试验工作。
1.2试验接线
图1中变频器为变频调压器，T为励磁变压器，V为分压器二次电压，V1为数字万用表监视变频调压器输出电压，V2为数字高压表监视励磁输出电压，A1为钳形电流表监视调压器输出电流，A2为数字电流表监视电抗器回路电流，L为电感，Cx为被试品。
图1GIS交流耐压试验接线示意图
1.3试验电压波形的选择
根据相关国际标准(如IEC)规定和大量试验研究文献的结论，采用交流耐压试验对发现污染(如自由导电微粒等杂质)、固体绝缘表面受潮等比较灵敏，在大多数情况下对检查出结构上的缺陷(如异常电极结构)比较有效。试验频率可采用工频50Hz，也可以采用10～Hz的频率，在此频率范围内，额定气体压力下的GIS其击穿电压与频率50Hz时等效。通过试验还发现适当提高试验频率，如在～Hz范围，对发现GIS结构上的缺陷有较高的灵敏度。如果带耐压，试验频率尽量选择避开门的饱和点。
另外，冲击电压试验对检查异常的电场结构较灵敏，但对发现污染不太有效，根据经验造成新安装GIS绝缘水平降低的因素中，污染是主要原因，因此现场普遍采用交流耐压试验。
1.4加压程序
(1)分部位分相加压。按照制造商提供的GIS现场耐压试验曲线，试验电源频率为10~Hz，根据现场实际情况将GIS分为几个部分分次分相进行试验。试验电压应施加到每相的主回路和外壳之间，每次1相，其他相的主回路应和接地外壳相连。试验电压可加到被试相导体任一方便接的部位。
鉴于下列原因，宜通过断路器和隔离开关的操作，将整个GIS分为几个部分进行试验。其理由为：便于确定破坏性放电的部位；如果发生破坏性放电，可限制放电能量；限制试验电源的容性负载。
选定的试验程序应使每个部件(不论是单独的或组合的)都至少施加1次试验电压，要注意尽可能减少固体绝缘重复耐压的次数，如尽量在GIS主回路的不同部位引人试验电压。不进行试验的部件，由断路器或隔离开关将其与被试部分隔开并接地。
(2)加压步骤。GIS现场交流耐压一般分2个步骤加压。
第1步，长时间老练试验，一般加压时间5～10min，试验电压由用户和厂家协商确定。IEC标准规定对于中性点直接接地系统试验电压为1.1Un/√3，加压时间10min，然后将电压退回至0。根据多年的现场经验，施加系统最高工作电压(线电压)，加压时间5min较为合适，绝大部分绝缘故障都是在该电压下发生的。对GIS进行长时间加压老练试验主要目的是对GIS进行净化处理，消除污染的影响。
根据DL/T-《气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则》规定，老练试验时，施加电压与时间段关系可从以下4个方案中选择或同厂家协商确定。
方案1：加压程序是Um/√3，15min→Us，1min(Us为试验电压)，如图2所示。
图2电压与时间关系曲线
方案2：加压程序是0.25Us，2min→0.5Us，10min→0.75Us，1min→1.0Us，1min，如图3所示。
图3电压与时间关系曲线
方案3：加压程序是Um/√3，5min→Um，3min→Us，1min，如图4所示。
图4电压与时间关系曲线
方案4：加压程序是Um/√3,3min→Um，15min→Us，1min→1.1Um/√3，1min，如图5所示。
图5电压与时间关系曲线
第2步，进行1min交流耐压试验，主要考验GIS绝缘强度和检查其异常电场结构。
交流耐压的升压过程可采用阶梯式升压或连续式升压的方法，直至升压至规定的试验电压值为止。我们通常认为采用阶梯式升压比较合适，每阶段停留10s，这样一旦在较低电压下发生击穿放电时，通过放电点的故障电流较小，破坏性也较小。
1.5试验电压值的选择
现场交流耐压试验电压一般选择出厂试验电压的80％，在这种试验电压水平下，如GIS存在绝缘上的问题，基本都可以发现。如果用户有特殊要求时，可与制造厂协商确定试验电压值。
1.6试验结果的分析判断和处理
(1)如GIS的每个部件均耐受规定的试验电压而无破坏性放电现象，则认为试验通过。
(2)如在规定的试验电压值或以下发生击穿放电，则应根据放电能量和放电引起的声、光、电、化学等各种效应并结合耐压过程中进行的其他故障诊断技术检测结果，进行综合判断。
遇到试验中发生放电的情况，通常应采取以下处理步骤：再重复进行1次试验，如果该设备或气隔还能经受规定的试验电压，则该放电为自恢复放电，认为耐压试验通过。这种情况通常是由于脏污和表面缺陷引起气体击穿放电，杂质或导电微粒因放电而烧掉，故重复试验会通过。
如重复试验再次失败，则应该进行设备解体。这种情况通常为固体沿面放电，最多允许发生2次，确定放电位置后，打开放电气隔，仔细检查固体绝缘件或者按照制造厂和用户事先商定的协议进行附加的绝缘试验，当绝缘发生放电时应避免处理后再次进行耐压试验，包括老练试验和1min耐压试验。
2试验设备
2.1试验变压器
由于GIS电容量很大，如果用传统的试验变压器，则变压器要做得很大，十分笨重。而且一旦发生击穿放电，会产生过电压和短路电流，对试品有损害。试验变压器容量常常难以满足试验要求，可采用电抗器进行并联补偿。
2.2工频串联谐振装置
工频串联谐振装置(调感式L-C串联谐振)是GIS现场耐压试验常用的装置，其优点是击穿时电路失去谐振条件，电源输出电流自动减少，试品两端电压骤然下降，不会产生过电压，放电能量小，击穿时被试品受到的影响和损害很小。另外，该装置体积小、质量小，所需电源容量小。
2．3变频串联谐振装置
变频串联谐振装置体积小、重量轻、所需电源容量小。但试验频率与GIS实际运行频率不同，频率随试品电容量的变化而变化。与工频串联谐振装置一样，击穿时被试品受到的影响和损害很小。
随着试验设备的进步，传统的试验变压器在GIS耐压试验中已很少用，工频串联谐振装置和变频串联谐振装置应用较多。
3试验案例分析
3.1案例1
对某kVGIS带电前进行交流耐压试验时，按厂家提供的加压程序进行加压，kV停留5min(老练试验)，kV保持1min。试验情况为：A相顺利通过耐压试验，B相在电压升至kV时发生放电；C相在老练试验过程中4min时发生放电。检查B相对地绝缘为零，判断B相发生绝缘击穿故障。对B相进行解体检查，发现出线套管下部盘式绝缘子发生多处贯穿性裂纹。
原因分析：B相在安装时，抽真空前为了尽量缩短其在大气中暴露的时间而放置了干燥剂(变色硅胶)，由于安装人员疏忽，没有将干燥剂取出，虽然在测量绝缘电阻时绝缘显示良好，但在回路施加高电压时变色硅胶发生放电。变色硅胶已经变红色，说明已经吸潮，在含有水分的情况下容易发生放电，导致盘式绝缘子发生多处击穿。在清除变色硅胶并更换盘式绝缘子后，耐压试验顺利通过。C相在老练试验过程中4min时发生放电是因为存在毛刺或小尖端，在老练试验后毛刺或小尖端放电被烧蚀掉，最后耐压试验也通过。
3.2案例2
某日立产品kVSF6断路器进行断口间耐压试验时，电压升至kV就无法继续升压，同时频率波动较大，造成较大的脱谐度，但并未发生击穿闪络。这说明其内部存在较严重的放电现象，而且不是在固体绝缘表面发生的放电。解体后发现B相断口处有燃弧痕迹，且断口均压环有位移的情况。断口均压环位移导致了该部位电场强度的异常，这是故障的根源。
4结论
(1)GIS现场交流耐压试验是GIS投运前必须进行的一项大型现场试验项目，应提前策划和进行细致的准备工作，编制可操作性强的试验方案，根据相关标准与厂家商定加压程序和老练试验电压及老练时间。
(2)交流耐压试验是发现GIS安装或制造过程中出现的错误、内部残留杂质微粒等异物、绝缘受潮或脏污、运输或安装过程中内部零件发生位移等导致电场异常情况的有效方法。加压程序中老练试验是GIS交流耐压试验过程中不可缺少的一部分。
(3)现场安装环境条件和安装工艺水平对GIS耐压试验的顺利通过及以后的安全运行影响很大，安装单位应把好这道关。
(4)耐压试验过程中发生击穿或放电现象时，要对放电现象进行认真分析，特别要区分放电现象是由于存在导电微粒或其他杂质颗粒还是由于其元器件存在质量问题，从而对症下药正确处理，少走弯路。
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