500kV GIS现场冲击电压试验方法分析

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500kV GIS现场冲击电压试验方法分析
国网江苏省电力有限公司检修分公司扬州运维分部 朱菁菁【摘要】通过GIS现场冲击电压试验，可以更加可靠的发现设备运输以及现场安装过程中存在的缺陷与隐患，对进一步提高管理效率具有重要意义。

本文结合实例来对500kV GIS现场冲击电压试验方法要点以及控制因素进行了简单分析，确保试验全过程每个节点执行的规范性，为后续工作提供技术指导依据。

【关键词】500kV；GIS；雷电冲击；电压试验
GIS因其所具有的体积小、占地面积少、维护量少以及抵抗外力干扰强等特点，现在已经得到了广泛的应用。

对于GIS设备来讲，为确保其运输与安装环节不出现任何问题，必须压对其进行主回路绝缘试验，检查其绝缘性能是否存在异常。

为确保GIS设备能够保持良好状态投入到生产运行中，因此在实际生产中，需要对其进行现场交流耐压试验后，还需要进行现场冲击试验，在正式投运前对其进行全方位检查，排除任何隐患。

一、GIS设备现场冲击电压试验分析
GIS设备在运输以及现场安装阶段中可能会出现的绝缘缺陷主要体现在两个方面，一方面为自由导电微粒以及设备内部侵入灰尘，对绝缘性能产生影响，出现运行缺陷。

另一方面则是绝缘件自身性能缺陷，再加上安装及运输环节外力影响导致电极表面损伤，造成固定绝缘缺陷。

为确保GIS设备可以维持最佳状态投入到生产运行中，必须要对其进行交流耐压试验，但是其无法完全暴露出存在的所有绝缘缺陷，可靠性比较低，必须要采取新的检测手段，与原有的交流耐压试验进行互补，实现对GIS设备投运前的全面检查。

与普通500kV变电站相比，直流工程的500kV GIS具有更多间隔，并且管道长、电容量大，对运行环境条件的要求更为严格，由此就决定了试验对大电容负载下雷电冲击电压试验能力提出了更高要求，必须要做好每个细节控制，确保试验结果的可靠性[1]。

二、现场冲击电压试验过程
1.实例分析
以某换流站为对象，其直流输电容量为3000MW，额定电压±500kV，每极1个12脉动阀组与6台双绕组变压器。

其中，±500kV直流出线1回，接地极出线1回；500kV交流出线8回，220kV交流出线16回。

500kV交流场应用的为3/2接线方式，共存在9串，安装GIS设备，且GIS管道长度大约为2500m/每相[2]。

2.实验设备
对G I S设备进行现场冲击电压试验，确定试验设备为1800kV/180kJ冲击电压发生器，共包括CDY-HW 1800kV/180kJ冲击电压发生器本体、CCK-2511计算机测量与控制系统、FYW-2000kV 弱阻尼电容分压器几部分组成[3]。

仿真不同负载电容量状态下CDY-HW 1800kV/180kJ可移动式冲击电压发生器的雷电波形。

以相关规范为依据，对于GIS设备雷电冲击试验来讲，雷电冲击波的波前时间小于8μs，振荡雷电冲击波前时间小于15μs。

第一，标准雷电冲击电压仿真。

当直接将冲击源与GIS设备连接时，冲击发生器带大电容负载能力不足，一旦负载电容量达到40nF后，就会出现输出雷电波形严重变形的情况，且波前时间为1μs，不符合雷电冲击波前时间8μs的要求，只能保证61%的冲击电压输出效率，不能完全实现GIS设备现场试验要求。

而在负载电容量达到30nF后，虽然能够达到雷电冲击波前时间8μs的要求，但是冲击电压的输出效率为66%，同样无法达到现场试验检测要求。

第二，振荡雷电冲击电压仿真。

设置波前电阻为70Ω+0.1mH×8，半峰值电阻为72//3.5kΩ×9，按照专业规范操作，确定应用振荡雷电冲击波试验可以满足GIS设备现场试验检测要求。

在负载容量达到40nF 时，波前时间为15μs，输出效率可以达到91%；在负载容量达到30nF时，波前时间为12μs，输出效率可以达到100%[4]。

根据仿真结果可以确定，在进行GIS设备现场冲击电压试验时，需要将负载电容量控制在30nF以内，可以满足试验检测要求。

3.现场试验程序
3.1 设备调试
对GIS设备进行调试，必须要保证是在空载条件下，以充电电压以及放电电压为依据，计算得到空载条件下设备运行效率，根据计算结果判断设备是否维持在良好运行状态。

3.2 冲击电压试验
需要在负载条件下来进行GIS设备的冲击电压试验，以额定雷电冲击耐受电压的80%作为试验电压，即1675×0.8=1340kV。

其中，要先针对负极性进行试验，并根据负极性方法完成正极性的雷电冲击电压试验。

4.试验回路
换流站500kV GIS气室比较长，GIS设备入口电容甚至达到125nF，远超出试验设备可以承受的最大限度。

并且如果电容负载过大，将会造成雷电冲击波前时间延长和冲击峰值降低，现场试验检测时无法提供符合应用标准的雷电冲击波。

对GIS设备承载能力、仿真结果进行综合分析，并结合设备发电后故障点查找要求，最终确定将整个500kV GIS分为五段来展开试验检测。

三、试验判断依据与击穿位置
1.现场试验判断依据
1.1 无击穿放电
需要对设备正、负极性振荡冲击电压试验进行分别考核，如果GIS设备各部件可以连续3次全部达到耐受规定的试验电压，并且不存在击穿放电情况，便可确认该设备无绝缘故障，通过试验检测。

1.2 部件击穿放电
如果对GIS设备进行现场冲击电压试验过程中，出现了击穿放电情况，则需要按照规定程序进行确认。

第一，重复试验。

如果在现场实验过程中，振荡雷电冲击电压试验失败1次，则应该依照专业规范再次进行试验。

假如对正、负极性各连续3次试验，且达到耐受试验电压并未发生击穿放电现象，可判断该电为自恢复放电，将其归为通过电压试验。

假如重复试验再次失败，则需要按照第三步继续进行。

第二，综合放电能量以及放电产生的声、光、电以及化学等效应，以及耐压过程中所应用到的其他故障诊断技术所供材料，判断放电气室实际状态。

第三，对GIS设备进行解体处理，即将放电气隔打开，检查确认绝缘是否存在异常。

假如可以直接确定故障的绝缘部件，需要对其进行更换，然后再次进行交流耐压试验与振荡冲击电压试验[5]。

但是如果经过全部检查后未发现故障的绝缘部件，则需要按照规定将气室完全恢复，然后重新对设备进行交
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流耐压试验以及振荡雷击电冲击电压试验。

图1 冲击电压试验判断依据
2.放电定位
对于GIS 设备来讲，根据其气室较长的特点，在现场冲击电压试验过程中遇到放电问题后，想要在最短时间内寻找到故障点，可以采取以下两种方法：第一，基于雷电冲击电压试验放电定位装置的方式，即对每个气室安装一个放电定位仪，这样一旦存在气室出现放电问题，安装的定位仪可以直接检测出放电位置。

第二，对GIS 加压回路管道来配置多名排查技术人员，在试验过程中进行观察和监听，判断是否存在异常情况，缩小故障范围，然后采取措施继续寻找确定并处理。

3.试验过程总结
对GIS 设备现场冲击电压试验，为提高试验检测结果的可靠性，判断设备是否存在绝缘故障，要求每个试验环节均必须要满足规范要求。

首先需要对移动冲击电压发生器的输出波形进行仿真计算和试验调试，确定发生器可以承受的最大负载电容量，并掌握不同负载电容量下发生器的输出波形，以此作为500kV GIS 设备分段试验的重要依据[6]。

然后还需要基于工程实际情况，综合各项条件
后选择适应性最强的现场冲击电压试验方法，并根据试验过程表现，根据判断依据，判断设备是否存在绝缘故障，并且明确故障点后采取措施处理，使得GIS 设备可以保持良好运行状态。

四、结束语
GIS 设备应用范围不断增加，为保证其可以正常投入到生产运行中，必须要加强对现场冲击电压试验的研究，使其与以往的交流耐压试验相配合，判断确认设备是否在运输以及安装环节受到损伤，出现绝缘故障，以便及时采取措施处理。

参考文献
[1]麻守孝,齐凤珍,胡德贵,彭洁,曲全磊,李渊,谢艳丽,陈尧,李军浩.振荡型冲击电压在现场GIS耐压试验中的应用[J].青海电力,2017,36(04):50-53.
[2]程鹏,李炜,康钧,王宁华,崔博源,陈允,张鹏飞,李渊,李秋阳.特高压变电站1100kVGIS现场冲击耐压试验方法[J].高压电器,2017,53(06):8-12.
[3]程志万,徐肖伟,彭兆裕.500kVGIS现场冲击电压试验方法研究[J].云南电力技术,2016,44(03):30-32.
[4]马宏明,彭兆裕,王科,程志万,彭晶.GIS设备现场冲击试验[J].云南电力技术,2015,43(S2):153-155.
[5]刘强,郭洁,胡斌,夏廷君.550kVGIS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,2013,49(10):114-120.
[6]朱旭东.用于500kVGIS现场试验的振荡型冲击试验[J].高电压技术,1993(01):32.
作者简介：
朱菁菁（1986—），女，回族，江苏南京人，大学本科，工程师，研究方向：电力系统及其自动化电气试验。

（上接第82页）
水蒸气逐渐渗透到设备内部，因为该过程是一个持续的过程，时间越长，渗入的水分就越多，由此进入SF6气体中的水分占有较大比重。

经查阅相关记录和资料，该气室投运至今无SF6气体压力低报警，无补气记录，所以基本就排除了渗漏点渗入水分的可能。

考虑到该站设备投运时间不长（不足两年），应为GIS 组件及绝缘件带进水分以及安装过程中充入SF6气体时带进水分共同作用的结果。

5 验证情况
更换常州集贤GSM-11型SF6气体综合测试仪进行两次检测，气室湿度依然高于标准值。

测试数据如表2所示。

表2 验证检测数据对比
序号34测试时间2016.08.12
2016.08.12
环境温度（℃）2828环境湿度（%）7070测试仪器GSM-11GSM-1120℃湿度（μL/L ）1267
1189
20℃湿度平均值（μL/L ）
1228
结论
SF6气体湿度高于标准值。

6 结论及建议
6.1 最终结论
依据Q/GDW 1168-2013《输变电设备状态检修试验规程》，运
行中（折算到20℃）SF6气体湿度（非灭弧室）应低于500μL/L ，本次测量值超过标准值，属于一般缺陷。

6.2 分析建议
对该气室进行定期跟踪检测，分析其纯度、水分、分解物等有无变化。

若SF6气体湿度明显增大，有可能影响其绝缘性能，应高度重视，缩短检测周期，加强监视，采用其他带电检测手段，如特高频局放、超声波局放等跟踪检测，综合诊断，根据生产计划合理安排处理。

参考文献
[1]李军浩,韩旭涛,刘泽辉,李彦明.电气设备局部放电检测技术述评[J].高电压技术,2015.
[2]丁登伟,唐诚,高文胜,刘卫东,姚森敬.GIS中典型局部放电的频谱特征及传播特性[J].高电压技术,2014.
[3]汲胜昌,钟理鹏,刘凯,李金宇,崔彦捷.SF6放电分解组分分析及其应用的研究现状与发展[J].中国电机工程学报,2015.
[4]常勇,谢佳妮.特高压变电站在线监测系统的实践与分析[J].电力建设,2012, 33(2).
[5]梁文焰,黄蔚.主变压器油色谱在线监测技术应用研究[J].广西电力,2010,33(1).
作者简介：
李想（1988—），男，工程硕士，工程师，主要研究方向：电气工程。