500kV GIS現場沖擊電壓試驗方法分析

國網江蘇省電力有限公司檢修分公司揚州運維分部 朱菁菁

GIS因其所具有的體積小、占地面積少、維護量少以及抵抗外力干擾強等特點，現在已經得到了廣泛的應用。對于GIS設備來講，為確保其運輸與安裝環節不出現任何問題，必須壓對其進行主回路絕緣試驗，檢查其絕緣性能是否存在異常。為確保GIS設備能夠保持良好狀態投入到生產運行中，因此在實際生產中，需要對其進行現場交流耐壓試驗后，還需要進行現場沖擊試驗，在正式投運前對其進行全方位檢查，排除任何隱患。

一、GIS設備現場沖擊電壓試驗分析

GIS設備在運輸以及現場安裝階段中可能會出現的絕緣缺陷主要體現在兩個方面，一方面為自由導電微粒以及設備內部侵入灰塵，對絕緣性能產生影響，出現運行缺陷。另一方面則是絕緣件自身性能缺陷，再加上安裝及運輸環節外力影響導致電極表面損傷，造成固定絕緣缺陷。為確保GIS設備可以維持最佳狀態投入到生產運行中，必須要對其進行交流耐壓試驗，但是其無法完全暴露出存在的所有絕緣缺陷，可靠性比較低，必須要采取新的檢測手段，與原有的交流耐壓試驗進行互補，實現對GIS設備投運前的全面檢查。與普通500kV變電站相比，直流工程的500kV GIS具有更多間隔，并且管道長、電容量大，對運行環境條件的要求更為嚴格，由此就決定了試驗對大電容負載下雷電沖擊電壓試驗能力提出了更高要求，必須要做好每個細節控制，確保試驗結果的可靠性[1]。

二、現場沖擊電壓試驗過程

1.實例分析

以某換流站為對象，其直流輸電容量為3000MW，額定電壓±500kV，每極1個12脈動閥組與6臺雙繞組變壓器。其中，±500kV直流出線1回，接地極出線1回；500kV交流出線8回，220kV交流出線16回。500kV交流場應用的為3/2接線方式，共存在9串，安裝GIS設備，且GIS管道長度大約為2500m/每相[2]。

2.實驗設備

對GIS設備進行現場沖擊電壓試驗，確定試驗設備為1800kV/180kJ沖擊電壓發生器，共包括CDY-HW 1800kV/180kJ沖擊電壓發生器本體、CCK-2511計算機測量與控制系統、FYW-2000kV弱阻尼電容分壓器幾部分組成[3]。仿真不同負載電容量狀態下CDYHW 1800kV/180kJ可移動式沖擊電壓發生器的雷電波形。以相關規范為依據，對于GIS設備雷電沖擊試驗來講，雷電沖擊波的波前時間小于8μs，振蕩雷電沖擊波前時間小于15μs。

第一，標準雷電沖擊電壓仿真。當直接將沖擊源與GIS設備連接時，沖擊發生器帶大電容負載能力不足，一旦負載電容量達到40nF后，就會出現輸出雷電波形嚴重變形的情況，且波前時間為1μs，不符合雷電沖擊波前時間8μs的要求，只能保證61%的沖擊電壓輸出效率，不能完全實現GIS設備現場試驗要求。而在負載電容量達到30nF后，雖然能夠達到雷電沖擊波前時間8μs的要求，但是沖擊電壓的輸出效率為66%，同樣無法達到現場試驗檢測要求。

第二，振蕩雷電沖擊電壓仿真。設置波前電阻為70Ω+0.1mH×8，半峰值電阻為72//3.5kΩ×9，按照專業規范操作，確定應用振蕩雷電沖擊波試驗可以滿足GIS設備現場試驗檢測要求。在負載容量達到40nF時，波前時間為15μs，輸出效率可以達到91%；在負載容量達到30nF時，波前時間為12μs，輸出效率可以達到100%[4]。根據仿真結果可以確定，在進行GIS設備現場沖擊電壓試驗時，需要將負載電容量控制在30nF以內，可以滿足試驗檢測要求。

3.現場試驗程序

3.1 設備調試

對GIS設備進行調試，必須要保證是在空載條件下，以充電電壓以及放電電壓為依據，計算得到空載條件下設備運行效率，根據計算結果判斷設備是否維持在良好運行狀態。

3.2 沖擊電壓試驗

需要在負載條件下來進行GIS設備的沖擊電壓試驗，以額定雷電沖擊耐受電壓的80%作為試驗電壓，即1675×0.8=1340kV。其中，要先針對負極性進行試驗，并根據負極性方法完成正極性的雷電沖擊電壓試驗。

4.試驗回路

換流站500kV GIS氣室比較長，GIS設備入口電容甚至達到125nF，遠超出試驗設備可以承受的最大限度。并且如果電容負載過大，將會造成雷電沖擊波前時間延長和沖擊峰值降低，現場試驗檢測時無法提供符合應用標準的雷電沖擊波。對GIS設備承載能力、仿真結果進行綜合分析，并結合設備發電后故障點查找要求，最終確定將整個500kV GIS分為五段來展開試驗檢測。

三、試驗判斷依據與擊穿位置

1.現場試驗判斷依據

1.1 無擊穿放電

需要對設備正、負極性振蕩沖擊電壓試驗進行分別考核，如果GIS設備各部件可以連續3次全部達到耐受規定的試驗電壓，并且不存在擊穿放電情況，便可確認該設備無絕緣故障，通過試驗檢測。

1.2 部件擊穿放電

如果對GIS設備進行現場沖擊電壓試驗過程中，出現了擊穿放電情況，則需要按照規定程序進行確認。第一，重復試驗。如果在現場實驗過程中，振蕩雷電沖擊電壓試驗失敗1次，則應該依照專業規范再次進行試驗。假如對正、負極性各連續3次試驗，且達到耐受試驗電壓并未發生擊穿放電現象，可判斷該電為自恢復放電，將其歸為通過電壓試驗。假如重復試驗再次失敗，則需要按照第三步繼續進行。第二，綜合放電能量以及放電產生的聲、光、電以及化學等效應，以及耐壓過程中所應用到的其他故障診斷技術所供材料，判斷放電氣室實際狀態。第三，對GIS設備進行解體處理，即將放電氣隔打開，檢查確認絕緣是否存在異常。假如可以直接確定故障的絕緣部件，需要對其進行更換，然后再次進行交流耐壓試驗與振蕩沖擊電壓試驗[5]。但是如果經過全部檢查后未發現故障的絕緣部件，則需要按照規定將氣室完全恢復，然后重新對設備進行交流耐壓試驗以及振蕩雷擊電沖擊電壓試驗。

圖1 沖擊電壓試驗判斷依據

2.放電定位

對于GIS設備來講，根據其氣室較長的特點，在現場沖擊電壓試驗過程中遇到放電問題后，想要在最短時間內尋找到故障點，可以采取以下兩種方法：第一，基于雷電沖擊電壓試驗放電定位裝置的方式，即對每個氣室安裝一個放電定位儀，這樣一旦存在氣室出現放電問題，安裝的定位儀可以直接檢測出放電位置。第二，對GIS加壓回路管道來配置多名排查技術人員，在試驗過程中進行觀察和監聽，判斷是否存在異常情況，縮小故障范圍，然后采取措施繼續尋找確定并處理。

3.試驗過程總結

對GIS設備現場沖擊電壓試驗，為提高試驗檢測結果的可靠性，判斷設備是否存在絕緣故障，要求每個試驗環節均必須要滿足規范要求。首先需要對移動沖擊電壓發生器的輸出波形進行仿真計算和試驗調試，確定發生器可以承受的最大負載電容量，并掌握不同負載電容量下發生器的輸出波形，以此作為500kV GIS設備分段試驗的重要依據[6]。然后還需要基于工程實際情況，綜合各項條件后選擇適應性最強的現場沖擊電壓試驗方法，并根據試驗過程表現，根據判斷依據，判斷設備是否存在絕緣故障，并且明確故障點后采取措施處理，使得GIS設備可以保持良好運行狀態。

四、結束語

GIS設備應用范圍不斷增加，為保證其可以正常投入到生產運行中，必須要加強對現場沖擊電壓試驗的研究，使其與以往的交流耐壓試驗相配合，判斷確認設備是否在運輸以及安裝環節受到損傷，出現絕緣故障，以便及時采取措施處理。