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摘 要：电气设备的故障大多数是绝缘故障，是内部存在绝缘缺陷，引起局部发电，经过热、化学、机械力等的作用使缺陷扩大引发故障。交流耐压试验是检测电气设备绝缘缺陷最有效的方法。本文主要介绍500kV变电站GIS设备的交流耐压试验的概念、原理、具体操作步骤及注意事项。
关键词：交流耐压试验；GIS；变频谐振
中图分类号：TM595 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）12-0062-02
1 交流耐压试验简介
1.1 概 念
交流耐压试验是指在被试验电气设备上施加标准规定的额定工频耐受的交流电压，并持续一定时间后将电压均速且迅速地降为零，被试验设备在试验过程中未发生表面闪络或绝缘击穿等情况，则被认为合格。交流耐压试验能真实的模拟被试验设备内部电压的分布，能有效的发现绝缘缺陷，是检测绝缘缺陷的有效方法。但同时注意，由于交流耐压试验所加的工频电压远大于电气设备的额定工作电压，有可能使内部绝缘缺陷进一步扩大甚至击穿，应在非破坏性试验合格后在进行。
1.2 试验方法
目前GIS交流耐压试验采用主要采用三种试验方法。①并联谐振耐压法。当变压器电压满足要求，电流不满足时，采用电抗器并联补偿或调频达到补偿，处于电流谐振；②调感串联谐振耐压法。当变压器电流满足要求，电压不满足时，采用电抗器与被试验设备串联，可调感达到完全补偿，处于电压谐振，频率可为工频；③调频串联谐振耐压法。当变压器电流满足要求，电压不满足时，采用电抗器与被试验设备串联，调整电源频率，处于电压谐振，频率在20～300Hz。变频谐振具有容量大，重量轻，被试验设备击穿时所受的破坏小，电压波形好等特点，GIS现场耐压建议选择该方式。
2 调频串联谐振装置的工作原理
调频串联谐振交流耐压试验装置是指运用串联谐振原理，利用励磁变压器激发串联谐振回路，调节变频控制器的输出频率，使回路电感L和被试验设备的电容C串联谐振，谐振电压即为加到被测试设备上电压的装置。调频串联谐振交流耐压试验装置工作原理如图1所示。
380V交流电通过变频电源VF转换为可调节频率及幅值的电压，并通过变压器T进行升压后和电抗器L、电容分压器CF（C1+C2）、被试验设备的电容Cs组成串联谐振回路，其等效电路图如图2所示。
其中谐振回路中各电气量关系如下：
I= （式1）
式中：感抗XL=ωL；容抗XC= ；角频率ω=2πf。
当施加的电源电压U不变，且R、L、C都固定时，I随着f而变化，当电源频率为f0时，XL=XC时，电流有个极大值，即阻抗Z有个极小值Z=R。RLC串联电路成为串联谐振，f0成为谐振频率，故：
f0= （式2）
这时谐振电路上的电感L与电容C上的电压，由于XL=Xc，所以：
U =U ，UC=U ，U =Uc
谐振电路的品质因数Q为谐振时电感（或电容）的电压UL（或UC）与总电压数值之比：
Q= = = = （式3）
可见谐振时，被试验设备所加电压为电源电压的Q倍，当R远小于XL或XC时，Q大于等于1，（Q一般在20～80之间），则电容两端的电压比电源电压大很多倍。若在试验过程中发生击穿故障，谐振条件不被满足，回路故障电流将瞬时下降很小，到试验电流的的1/Q倍以下，对被测试设备的影响很小。实际工作中正利用特点对电气设备进行交流耐压试验。
3 GIS的交流耐压试验
3.1 试验接线及步骤
GIS的交流耐压试验接线方式如图3所示（图中仅为某一相），电容电压即作为谐振电容，更主要是测量高压侧电压。
GIS交流耐压试验分为两个阶段：①老练试验，试验电压为设备的最高运行电压，其目的是清除GIS内部可能存在的导电微粒或毛刺；②耐压试验，即在“老练净化”过程结束后进行耐压试验。按南方电网公司印发《执行GIS（HGIS）设备新技术规范的原则意见》即新56条，要求220kV及以下的GIS/HGIS现场耐压试验为出厂试验的100%，500kVGIS/HGIS现场耐压试验为出厂试验的90%，目前只有少数厂家按原技术合同现场耐压按出厂值的80%进行，现场试验视具体情况而定。
现场试验一般采用老练15min，耐压1min时序。耐压试验时间持续1min后电压迅速将至为零，如无散落，击穿放电，则认为整个GIS耐压试验通过。试验后需对被试验设备进行放电，测量绝缘电阻，耐压试验前后的绝缘电阻应无明显变化。对于间隔较多，设备容量不够的情况下，可分段进行。从不同的地方加压，保证每个主回路都进行耐压试验，断路器和刀闸都要在合闸状态下进行，尽量避免重叠，以免重复耐压试验。
3.2 交流耐压试验注意事项
对GIS主回路相对地及相间耐压试验，耐压试验前应进行如下检查：①其他常规高压试验及气体试验应合格；②SF6气压处于正常位置；③断开与GIS相邻的外部连接线如电缆、架空线等；④断开GIS避雷器及电磁式电压互感器，它们可和主回路进行15min的老练试验，频率不能低于50Hz，防止电压互感器磁饱和；⑤对于三相共体的GIS，非试验相必须接地；⑥CT二次绕组必须全部短接并接地；⑦PT的大N及二次绕组的小n接地，防止PT二次短路；⑧合上试验回路的断路器，隔离开关；⑨耐压试验前，应对试品测量绝缘电阻；⑩加压前需对试验接线，设备状态、安全措施做重新确认检查。
3.3 异常情况分析
据现场试验统计表明，大概有10～20%的GIS在现场耐压试验中发生击穿。这需判断击穿点，并通过分块试验、排除法、检测击穿声音定位。现在特高频机超声波定位更加精准，还可以诊断为击穿盆子的绝缘缺陷。如果重复耐压失败，须将设备解体，打开放电间隔，仔细检查绝缘损坏情况，处理完成后，再进行耐压试验。
4 结束语
交流耐压试验是GIS投運前必须进行的现场试验项目，可有效的在制造或安装过程中内部残留的杂质微粒、绝缘损坏等异常缺陷，必须深入了解其试验原理和试验方法，以保障作业的安全性。
参考文献
[1]周启龙，刘恒赤，主编.高电压技术[M].中国水利水电出版社，2004.
[2]刘安宏.GIS耐压试验问题的探讨[J].科技传播，2011（6）：196～197.
收稿日期：2018-3-23
关键词：交流耐压试验；GIS；变频谐振
中图分类号：TM595 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）12-0062-02
1 交流耐压试验简介
1.1 概 念
交流耐压试验是指在被试验电气设备上施加标准规定的额定工频耐受的交流电压，并持续一定时间后将电压均速且迅速地降为零，被试验设备在试验过程中未发生表面闪络或绝缘击穿等情况，则被认为合格。交流耐压试验能真实的模拟被试验设备内部电压的分布，能有效的发现绝缘缺陷，是检测绝缘缺陷的有效方法。但同时注意，由于交流耐压试验所加的工频电压远大于电气设备的额定工作电压，有可能使内部绝缘缺陷进一步扩大甚至击穿，应在非破坏性试验合格后在进行。
1.2 试验方法
目前GIS交流耐压试验采用主要采用三种试验方法。①并联谐振耐压法。当变压器电压满足要求，电流不满足时，采用电抗器并联补偿或调频达到补偿，处于电流谐振；②调感串联谐振耐压法。当变压器电流满足要求，电压不满足时，采用电抗器与被试验设备串联，可调感达到完全补偿，处于电压谐振，频率可为工频；③调频串联谐振耐压法。当变压器电流满足要求，电压不满足时，采用电抗器与被试验设备串联，调整电源频率，处于电压谐振，频率在20～300Hz。变频谐振具有容量大，重量轻，被试验设备击穿时所受的破坏小，电压波形好等特点，GIS现场耐压建议选择该方式。
2 调频串联谐振装置的工作原理
调频串联谐振交流耐压试验装置是指运用串联谐振原理，利用励磁变压器激发串联谐振回路，调节变频控制器的输出频率，使回路电感L和被试验设备的电容C串联谐振，谐振电压即为加到被测试设备上电压的装置。调频串联谐振交流耐压试验装置工作原理如图1所示。
380V交流电通过变频电源VF转换为可调节频率及幅值的电压，并通过变压器T进行升压后和电抗器L、电容分压器CF（C1+C2）、被试验设备的电容Cs组成串联谐振回路，其等效电路图如图2所示。
其中谐振回路中各电气量关系如下：
I= （式1）
式中：感抗XL=ωL；容抗XC= ；角频率ω=2πf。
当施加的电源电压U不变，且R、L、C都固定时，I随着f而变化，当电源频率为f0时，XL=XC时，电流有个极大值，即阻抗Z有个极小值Z=R。RLC串联电路成为串联谐振，f0成为谐振频率，故：
f0= （式2）
这时谐振电路上的电感L与电容C上的电压，由于XL=Xc，所以：
U =U ，UC=U ，U =Uc
谐振电路的品质因数Q为谐振时电感（或电容）的电压UL（或UC）与总电压数值之比：
Q= = = = （式3）
可见谐振时，被试验设备所加电压为电源电压的Q倍，当R远小于XL或XC时，Q大于等于1，（Q一般在20～80之间），则电容两端的电压比电源电压大很多倍。若在试验过程中发生击穿故障，谐振条件不被满足，回路故障电流将瞬时下降很小，到试验电流的的1/Q倍以下，对被测试设备的影响很小。实际工作中正利用特点对电气设备进行交流耐压试验。
3 GIS的交流耐压试验
3.1 试验接线及步骤
GIS的交流耐压试验接线方式如图3所示（图中仅为某一相），电容电压即作为谐振电容，更主要是测量高压侧电压。
GIS交流耐压试验分为两个阶段：①老练试验，试验电压为设备的最高运行电压，其目的是清除GIS内部可能存在的导电微粒或毛刺；②耐压试验，即在“老练净化”过程结束后进行耐压试验。按南方电网公司印发《执行GIS（HGIS）设备新技术规范的原则意见》即新56条，要求220kV及以下的GIS/HGIS现场耐压试验为出厂试验的100%，500kVGIS/HGIS现场耐压试验为出厂试验的90%，目前只有少数厂家按原技术合同现场耐压按出厂值的80%进行，现场试验视具体情况而定。
现场试验一般采用老练15min，耐压1min时序。耐压试验时间持续1min后电压迅速将至为零，如无散落，击穿放电，则认为整个GIS耐压试验通过。试验后需对被试验设备进行放电，测量绝缘电阻，耐压试验前后的绝缘电阻应无明显变化。对于间隔较多，设备容量不够的情况下，可分段进行。从不同的地方加压，保证每个主回路都进行耐压试验，断路器和刀闸都要在合闸状态下进行，尽量避免重叠，以免重复耐压试验。
3.2 交流耐压试验注意事项
对GIS主回路相对地及相间耐压试验，耐压试验前应进行如下检查：①其他常规高压试验及气体试验应合格；②SF6气压处于正常位置；③断开与GIS相邻的外部连接线如电缆、架空线等；④断开GIS避雷器及电磁式电压互感器，它们可和主回路进行15min的老练试验，频率不能低于50Hz，防止电压互感器磁饱和；⑤对于三相共体的GIS，非试验相必须接地；⑥CT二次绕组必须全部短接并接地；⑦PT的大N及二次绕组的小n接地，防止PT二次短路；⑧合上试验回路的断路器，隔离开关；⑨耐压试验前，应对试品测量绝缘电阻；⑩加压前需对试验接线，设备状态、安全措施做重新确认检查。
3.3 异常情况分析
据现场试验统计表明，大概有10～20%的GIS在现场耐压试验中发生击穿。这需判断击穿点，并通过分块试验、排除法、检测击穿声音定位。现在特高频机超声波定位更加精准，还可以诊断为击穿盆子的绝缘缺陷。如果重复耐压失败，须将设备解体，打开放电间隔，仔细检查绝缘损坏情况，处理完成后，再进行耐压试验。
4 结束语
交流耐压试验是GIS投運前必须进行的现场试验项目，可有效的在制造或安装过程中内部残留的杂质微粒、绝缘损坏等异常缺陷，必须深入了解其试验原理和试验方法，以保障作业的安全性。
参考文献
[1]周启龙，刘恒赤，主编.高电压技术[M].中国水利水电出版社，2004.
[2]刘安宏.GIS耐压试验问题的探讨[J].科技传播，2011（6）：196～197.
收稿日期：2018-3-23