GIS的试验与监测

jX CU e Uc R j( X L X C )
(7－2)
当调节电源频率或电抗器电感使回路达到谐振条件，即 X L X C 时，
UC j
XC U e jQU e R
(7－3) (7－4)
Q
XC XL R R
式中，Q—谐振回路的品质因数。
图7－2 串联谐振试验回路的原理图 C—被试品电容； L—高压电抗器的电感；R—回路中等值电阻； Ue—电源电压；Uc—试品上电压
第七章 GIS的试验与监测
GIS(gas-insulated metal-enclosed switchgear)指气体绝缘金属封闭开 关设备(组合电器)，是60年代发展起来的新一代成套封闭式高压电器设 备。它是由断路器、隔离开关、接地开关、避雷器、电压互感器、电流 互感器、套管、母线、连接管和其他过渡元件（如电缆终端盒、出线套 管、与变压器的连接结构等）多种高压电器组合在一起，并全部封闭在 接地的金属外壳内，壳内充以一定压力的 SF6气体作为绝缘和灭弧介质。 GIS的突出优点是小型化、封闭式和大幅度节省占地面积。由它所构成 的变电站只有常规变电站占地面积的10%～15%。GIS还具有不受环境污 染和高海拔的影响、运行维护工作量少、检修周期长、安全可靠性高， 因外壳屏蔽而没有触电危险，也不会产生电晕和静电感应等优点。通常 110kV及以下电压等级采用全三相封闭式，220kV级常对断路器以外的 其他元件采用三相封闭式；330kV及以上等级一般采用单相封闭式结构， 有时对母线采用三相封闭式结构。GIS试验包括主回路电阻测量、元件 试验及连锁试验、绝缘试验以及SF6气体检测试验等。
2、串联谐振耐压试验装置的结构原理 (1)调感式串联谐振耐压试验装置 调感式串联谐振耐压试验装置结构原理如图7－3所示。图中，Cx是被试品 GIS的等值电容C’x和分压器的等值电容C之和，L是电抗器的电感量。当调节 电抗器使 1 L (7－5) C X 时，电抗上的压降在数值上等于电容上的压降，即
2、雷电冲击试验 雷电冲击试验对检查异常电场情况，例如电极损坏特别灵敏。但因为试 品电容大，所需的冲击电压发生器体积庞大，且雷电波的波头较陡，会在尺 寸较大的被试品中引起波的反射，因此在现场很少采用雷电冲击电压试验。 标准规定，如进行雷电冲击试验，波前时间可延长到8μs；如采用振荡的雷 电冲击波，则波前时间可延长到约15μs。 3、操作冲击电压 操作冲击波下的绝缘特性是介于交流电压和雷电冲击波特性之间的。因 此，与雷电冲击波比，操作冲击波的优点是能检查出设备被自由导电微粒污 染的问题；与交流电压相比，则操作冲击波对异常电场情况的检测灵敏度要 高些。由于产生非周期的操作冲击波时发生器的效率太低，所以实际上均采 用振荡操作波形，到达峰值电压的时间一般应不小于150μs。振荡操作波发 生器设备较简单，因此特别适合于较高额定电压的试品。 4、直流电压 直流电压试验对于交流GIS是不适合的，这是因为自由导电微粒在直流 下的运动特性和交流下不同。此外，绝缘支撑在直流下的电压分布与交流电 压下不同，因此直流下闪络电压规律与交流下也是不同的。试验表明，直流 电压下SF6气体中的微粒引发的击穿电压具有极大的分散性，其最低击穿电 压比交流时低。
2、隔离开关和接地开关 (1)检查操作机构分、合闸线圈的最低动作电压； (2)操作机构的试验； (3)测量分、合闸时间； (4)测量辅助回路和控制回路绝缘电阻及工频耐压试验。
3、电压互感器和电流互感器 (1)极性检查； (2)变比测试； (3)二次绕组间及其对外壳的绝缘电阻及工频耐压试验。 4、金属氧化物避雷器 (1)测量绝缘电阻； (2)测量工频参考电压或直流参考电压； (3)测量运行电压下的阻性电流和全电流； (4)检查放电记数器动作情况。 二、连锁试验 GIS的元件试验完成后，还应检查所有管路接头的密封，螺钉、端部 的连接，以及接线和装配是否符合制造厂的图纸和说明书。应全面验证电气 的、气动的、液压的和其他连锁的功能特性，并验证控制、测量和调整设备 (包括热的、光的)动作性能。GIS的不同元件之间设置的各种连锁应进行不 少于3次的试验，以检验其功能是否正确。现场应验证以下连锁功能特性： (1)接地开关与有关隔离开关的相互连锁； (2)接地开关与有关电压互感器相互连锁； (3)隔离开关与有关断路器的相互连锁； (4)隔离开关与有关隔离开关相互连锁； (5)双母线接线中的隔离开关倒母线操作连锁。
基于直流压降法时，可采用直流电源、分流器和毫伏表测量回路电 阻，也可采用回路电阻测试仪来进行测量。二者基本原理一致，测量时 应注意接线方式带来的误差，电压测量线应在电流输出线的内侧，且电 压测量线应接在主回路正确的位置，否则将产生较大的测量误差。 在GIS母线较长间隔较多，并且有多路进出线的情况下，应尽可能分 段测量，以便有效地找到缺陷的部位。现场测量的数据应与出厂试验数 据比较，当被测回路各相长度相同时，测得的各相数据应相同或接近。 例如，图7－1所示测量GIS的主回路电阻时，可以首先测量A1-A2之间 的电阻，若三相测量数据与出厂数据差别较大或三相数据差别较大，应 对测量回路分段，以找到有安装缺陷的部件。如从B、C两点通电测量， 可以判断断路器QFl的接触情况；从D、E两点通电测量回路电阻，可以 准确判断断路器QF2的接触情况。
二、试验电压波形的选择
选择现场耐压试验电压波形时，应考虑GIS的特点，即试品电容量大、 电极表面缺陷和导电微粒在不同电压波形下对气体绝缘的影响是不同的。下 面对不同试验电压波形进行比较。 1、交流电压(老练净化 ) 交流电压试验对检查介质污染（例如导电微粒）是相当灵敏的，且在大 多数情况下对检查异常的电场情况（如电极表面有缺陷）也有足够的灵敏度 。标准规定，试验电压频率一般应在10～300Hz范围内。 交流电压试验的优点是可与老练试验结合进行。老练试验(设备逐步施 加交流电压 )时，对被试设备施加逐级升高的交流电压，使可能存在的导电 微粒移动到低电场区或微粒陷阱中，因而不再对绝缘起危害作用。
1、断路器 （1）测量断路器的分、合闸时间及合分时间，必要时测量断路器 的分、合闸速度； （2）测量断路器分、合闸同期性及配合时间； （3）测量断路器合闸电阻的投入时间； （4）测量断路器分合闸线圈的绝缘电阻及直流电阻； （5）进行断路器操作机构的试验； （6）检查断路器操作机构的闭锁性能； （7）检查断路器操作机构的防跳及防止非全相合闸辅助控制装置 的动作性能； （8）断路器辅助和控制回路绝缘电阻及工频耐压试验。
U L U CX U
试验回路电流为
(7－6)
I X UC X
U L
(7-7)
输出变压器T供给的电压大小由回路品质因数Q值确定，其值为
UT
U CX Q
图 7－3 调感式串联谐振耐压试验装置结构原理图 TR 调压器；T 输出变压器；L 可调电抗；C1 C2 分压器；
(2)调频式串联谐振耐压试验装置 调频式串联谐振耐压试验装置结构原理如图7-4所示，当调节变频柜输 出电压频率达到谐振条件，即 1 f (7-9) 2 LC 时，各参数同样满足式(7-5)～式(7-8)。
串联谐振的交流耐压试验方法与常规的交流耐压试验方法相比，有如 下优点。 （1）装置的质量轻，所需电源容量小。所需电源容量仅为工频试验变 压器1／Q。品质因数Q较高，可达50以上，电源容量只是试品无功功率的2％ ，整个试验装置的质量主要由高压电抗器决定。 （2）试品击穿时所受的破坏小。由图7－2可见，当试品击穿时，电源 供给回路的电流仅为试品击穿前回路电流的1／Q。因此通过击穿点的主要是 被试品电容所释放的电荷，比常规高压交流试验的破坏性要小。 （3）电压波形好。因为调节回路参数使其对基波谐振，所以回路阻抗 对电源的谐波分量起抑制作用，使被试品上的试验电压波形比较理想。
第三节 GIS的绝缘试验
一、GIS绝缘试验的特点(现场耐压试验)
封闭式组合电器和气体绝缘电缆在工厂中制造、试验之后，以运输单 元的方式运往现场安装工地。因此设备在现场组装后必须进行现场耐压试 验，这是GIS和GIC(cable)和其他电力设备所不同的特点。现场耐压试验 的目的是检查总体装配的绝缘性能是否完好。 设备在运输过程中的机械振动、撞击等可能导致GIS元件或组装件内 部紧固件松动或相对位移；安装过程中，在联结、密封等工艺处理方面可 能失误，导致电极表面刮伤或安装错位引起电极表面缺陷；空气中悬浮的 尘埃、导电微粒杂质和毛刺等在安装现场又难以彻底清理；国内外还曾出 现将安装工具遗忘在GIS内的情况。这些缺陷如未在投运前检查出来，将 引发绝缘事故。因此现场耐压试验是必不可少的，但它不能代替设备在制 造厂的型式试验和出厂试验。 现场耐压试验主要是为了消除运输和安装中造成的可能导致内部故障 的意外因素，因此只要求其试验电压值不低于工厂试验电压的80％。但由 于现场试验时被试设备的尺寸大、对地电容量大，给现场耐压试验带来较 大的困难，因此现场耐压试验的方法与常规的高压试验方法有所不同。
A1 图 7－1 某GIS的主接线
A2
第二节 GIS元器件试验及连锁试验
一、GIS元件试验
在条件具备的情况下，应尽可能对GIS各元件包括断路器、隔离开关、 接地开关、电压互感器、电流互感器和避雷器多做一些项目的试验，以 便更好地发现缺陷。试验前，应了解试品的出厂试验情况、运输条件以 及安装过程中是否出现过异常情况，以便确定试验的重点，决定是否需 要增加某些试验项目。 由于GIS各元件直接联结在一起，并全部封闭在接地的金属外壳内， 测试信号可通过出线套管加入；或通过打开接地开关导电杆与金属外壳 之间的活动接地片，从接地开关导管加入测试信号。各元件试验项目的 试验原理与敞开式设备一致。
三、现场交流耐压试验原理
GIS的现场交流耐压试验采用工频试验变压器、调感式串联谐振耐压 试验装置和调频式串联谐振耐压试验装置三种试验设备。自从有了串联谐 振耐压试验装置以后，现场已很少再使用工频试验变压器作耐压设备。调 感式串联谐振耐压试验装置采用铁芯气隙可调节的高压电抗器，其缺点是 噪音大、机械结构复杂、设备笨重、运输困难，但试验电压频率一般为工 频。调频式串联谐振耐压试验装置采用固定的高压电抗器，试验回路由可 控硅变频电源装置供电，频率在一定范围内调节，其特点是尺寸小、质量 轻、品质因数高，可带电磁式电压互感器同时试验，无“试验死区”，但 试验电压频率非工频，且由于变频电源装置内电子元器件很多，其可靠性 稍差。随着电子技术的进步，其可靠性已大大提高。试验电压频率应该在 10～300Hz范围内与工频电压试验基本等效。 1、串联谐振耐压试验装置的原理 图7－2所示为串联谐振试验回路的原理图，试品上电压