GIS的绝缘试验的原理及试验方法

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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GIC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。
    试验电压值不低于工厂试验电压的80％。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。
    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练试验结合进行。老练试验时，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。
    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不适合。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。
    三、现场交流耐压试验原理
    GIS的现场交流耐压试验采用试验变压器、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，现场已很少再使用试验变压器作耐压设备。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。
    (2)试品击穿时所受的破坏小。
    (3)电压波形好。使被试品上的试验电压波形比较理想。
    四、现场交流耐压试验程序
    1.被试品要求
    (1)GIS应完全安装好，SF6气体充气到额定密度，已完成主回路电阻测量、各元件试验以及SF6气体微水含量和检漏试验合格后，才能进行耐压试验。
    (2)耐压试验前，应对试品测量绝缘电阻；
    (3)耐压试验前，GIS上所有电流互感器的二次绕组应短路并接地；
    (4)耐压试验前，应隔离高压电缆、架空线、电力变压器和电磁式电压互感器(若采用调频式串联谐振耐压试验装置，且耐压标准一样，也可以与主回路一起做耐压)、避雷器和保护火花间隙；
    (5)GIS的每一新安装部分都应进行耐压试验，同时，对扩建部分进行耐压时，相邻设备原有部分应断电并接地。
    2.试验电压的加压方法
    规定的试验电压应施加到每相导体和外壳之间，每次一相，其他相的导体应与接地的外壳相连。试验电源可接到被试相导体任一部位。选定的试验程序应使每个部件都至少施加一次试验电压。在制定试验方案时，必须同时注意要尽可能减少固体绝缘的重复试验次数。例如，应尽量在GIS不同部位引入试验电压。如怀疑断路器和隔离开关的断口在运输、安装过程中受到损坏或经过解体，应做断口间耐压试验。耐压值与相对地交流耐压值可取同一数值。若GIS整体电容量较大，耐压试验可分段进行。
    3.交流耐压试验程序
    GIS现场交流耐压试验的第一阶段是“老练净化”，其目的是清除GIS内部可能存在的导电微粒或非导电微粒。这些微粒可能是由于安装时带入而清理不净，或是多次操作后产生的金属碎屑，或是紧固件的切削碎屑和电极表面的毛刺而形成的。“老练净化”可使可能存在的导电微粒移动到低电场区使其不再对绝缘起危害作用。“老练净化”电压值应低于耐压值，时间可取数分钟到数十分钟。
    第二阶段是耐压试验，即在“老练净化”过程结束后进行耐压试验，时间为1min。现场的具体实施方案应与制造厂和用户商议。
    4.现场耐压试验的判据
    (1)如果GIS的每一部件均已按选定的完整试验程序耐受规定的试验电压而无击穿放电，则认为整个GIS通过试验。
    (2)在试验过程中如果发生击穿放电，则应根据放电能量和放电引起的各种声、光、电、化学等各种效应以及耐压试验过程中进行的其他故障诊断技术所提供的资料进行综合判断。遇有放电情况，可采取下述步骤：
    ①进行重复试验，如果该设备还能经受规定的试验电压时，则认为放电是自恢复放电，耐压试验通过；
    ②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，采取必要的修复措施，再进行规定的耐压试验。
    五、GIS耐压试验击穿故障的定位方法
    若GIS分段后进行耐压试验的进出线间隔较多，而试验过程中发生非自恢复放电或击穿，仅靠人耳的监听难以判断故障发生的确切位置，且容易发生误判断而浪费人力、物力和对设备造成不必要的损害。若在现场采用以放电产生冲击波而引起外壳振动波原理研制的故障定位器，就可以确定放电间隔。每次耐压试验前，将传感器分别安装在被试部分，特别是断路器、隔离开关、母线与各间隔的连接部位绝缘子的连接外壳上。如因传感器数量有限，使放电或击穿发生未预报，则应根据监听放电的情况，降压断电后移动传感器，重新升压直到找到放电或击穿部位。

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