第九章gis组合电器的试验与故障诊断

Page2第九章GIS组合电器的试验与故障诊断第一节GIS主要元件及结构型式电力系统向高度信息化、自动化的方向发展，随着电网规模的日益扩大，需要管理庞大的电力设备设施数据、用户数据、规划数据等。而科学的决策在某种程度上依赖于决策者所掌握的信息量的大小。发电变电、输电系统均是包含大量信息的复杂系统。而GIS(gas-insulatedmetal-enclosedswitchgear)可以最大限度地将有关信息集成起来，从而为电力系统决策人员提供一个多元化的决策依据。GIS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。与常规开关设备相比，它具有占地面积小，噪音小，无火灾危险，检修周期长，运行安全可靠的特点。GIS还具有不受环境污染和高海拔的影响、没有触电危险，不会产生电晕和静电感应等优点。所以，GIS是电力发展划时代的产物，在不久的将来必定会更多地取代其它落后的开关设备，成为主流品种。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。Page3图9-1现场运行的GIS组合电器Page4第二节GIS的回路电阻测量GIS是多元件的组合电器，在完成设备组装和导体连接后，一般在抽真空充SF6气体之前进行主回路电阻测量，以判断安装质量。测得的主回路电阻值不应超过产品技术条件规定的1.2倍，否则认为接触不良需进行处理。因为GIS额定电流大，导体截面积大，用电桥测量一般不易发现问题，所以按DL596-1996《电力设备预防性试验规程》的规定应采用直流压降法测量，测试电流不小于100A或者按照厂家的规定。这样即准确又易发现接触不良的问题。若GIS有进出线套管，可利用进出线套管注入测量电流进行测量。若GIS接地开关导电杆与外壳绝缘，引到金属外壳的外部以后再接地，测量时可将活动接地片打开，利用回路上的两组接地开关导电杆关合到测量回路上进行测量；若接地开关导电杆与外壳不能绝缘分隔时，可先测量导体与外壳的并联电阻R0和外壳的直流电阻R1，然后按式(9-1)换算回路电阻R。0110RRRRR(9-1)Page5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9-2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。QS21QF2DEBCQ11Q12Q21Q22QS22QS11QF1QS12wA1A2Page6第三节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。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。Page72、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）二次绕组间及绕组对外壳的绝缘电阻试验；（4）绕组工频耐压试验。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。Page8二、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。Page9第四节GIS的绝缘试验一、GIS绝缘试验的特点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。GIS的现场耐压可采用交流电压、振荡操作冲击电压和振荡雷电冲击电压等试验装置进行。交流耐压试验是GIS现场耐压试验最常见的方法，它能够有效地检查内部导电微粒的存在、绝缘子表面污染、电场严重畸变等故障；雷电冲击耐压试验对检查异常的电场结构(如电极损坏)非常有效。现场一般采用振荡雷电冲击电压试验装置进行；操作冲击电压试验能够有效地检查GIS内部存在的绝缘污染、异常电场结构等故障，现场一般也采用振荡型试验装置。Page10二、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。但考虑到自由导电微粒在300Hz下的运动与50Hz时不同，因此也有人对300Hz的交流电压试验的等价性持保留意见。交流电压试验的优点是可与老炼试验结合进行。老炼试验时，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。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。Page113、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、直流耐压试验直流耐压试验对于交流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。Page12)(CLeCcXXjRUjXUeeCCjQUURXjU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9-3所示为串联谐振试验回路的原理图，试品上电压Uc和电源电压Uε的关系为(9-2)当调节电源频率或电抗器电感使回路达到谐振条件，即Xl=Xc时，RXRXQLC(9-3)(9-4)式中，Q—谐振回路的品质因数。Page13图9-3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的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8-2可见，当试品击穿时Xc=0，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。Page14XCL1UUUXCLLUCUIXX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9-4所示。图中，Cx是被试品GIS的等值电容Cx'和分压器的等值电容C之和，L是电抗器的电感量。当调节电抗器使时，电抗上的压降在数值上等于电容上的压降，即QUUXCT试验回路电流为输出变