2017, Vol. 35 
锡盟—山东特高压输变电工程是内蒙古第一个特高压输电工程，是我国西电东送的重要标志性工程，同时也是国家加快推进大气污染防治行动计划“四交四直”特高压工程中首个全线投运的工程。2016-05-14T14：59，该工程配套项目——锡林郭勒盟1000 kV特高压变电站 (以下简称锡盟1000 kV变电站) 1100 kV气体绝缘开关设备 (gas insulat-ed switchgear， GIS) 主回路绝缘试验一次性零缺陷通过，试验谐振频率与计算值相比，误差未超过±5%。1100 kV GIS主回路绝缘试验是特高压工程现场交接试验难度最大的一项试验，国内一次性零缺陷通过率仅为10%左右。
本文详细描述了锡盟1000 kV变电站1100 kV GIS主回路绝缘试验全过程，通过老练试验、交流耐压试验和局部放电测量试验，检验GIS安装质量，判断其能否安全、正常投入运行[1]。通过本次试验，积累了大量GIS现场交接试验的经验，为后续特高压变电站GIS现场耐压试验提供了有力的技术支持。
1 试验目的锡盟1000 kV变电站1100 kV GIS为三相分体结构，绝缘介质为SF6气体，整个GIS共包括5个断路器间隔 (包括1个完整串和1个不完整串)。由于GIS设备以小单元模块运输到现场、在移动厂房内组装，在运输和安装过程中可能会出现磕碰、异物混入等影响绝缘性能的缺陷。为了考核GIS现场安装后主回路的绝缘性能，进行了主回路绝缘试验。
老练试验可以烧蚀GIS设备细小的微粒或电极上的毛刺、附着的尘埃等，同时将内部可能存在的杂质或微粒迁移到低电压电场中去，使其不再对绝缘有危害作用，达到“净化”目的[2]。
交流耐压试验可以检出GIS设备运输和安装过程中引起的机械和绝缘缺陷。
局部放电测量有助于检查GIS设备内部固体颗粒、悬浮部件、绝缘子上的裂缝以及导电杆、壳体上的突出物等多种局部放电缺陷，是安装后交流耐压试验很好的补充。本次试验局部放电测量与交流耐压试验同时进行。
2 主回路绝缘试验 2.1 试验前准备工作GIS主回路绝缘试验是现场交接试验重要的一环，也是难度最大、危险系数较高的试验，试验电压最高达到1100 kV。在试验前，设备生产厂家、监理、施工方三方对以下内容进行了确认。
(1) GIS在空气中的高压耐受部分与附近的架空输电线、电力变压器和并联电抗器、避雷器、高压电缆、架空母线等设备应采取安全隔离措施，要求空气绝缘距离 (对地) 大于10 m，被试品周围10 m内的所有电位悬浮的金属物体和结构体可靠接地。
(2) GIS设备应完全安装好，并充以合格的SF6气体，按照顺序检查各气室的SF6密度继电器的示数。依据SF6气体的温度—压力曲线图和环境温度进行折算，使断路器气室压力不低于0.58 MPa，隔离开关气室压力不低于0.58 MPa，套管气室压力不低于0.48 MPa，其他气室压力不低于0.36 MPa (环境参考温度为20 ℃)。气体压力应保持在额定值，并静置24 h后进行微水测量，确保灭弧气室微水含量≤150×10-6，非灭弧气室微水含量≤250×10-6，方可进行试验。
(3) 被试设备上所有电流互感器的二次绕组应短路并接地，确认试验频率是否会引起电压互感器磁饱和，如不会，则可以和主回路一起进行耐压试验，二次绕组应开路；否则应将电压互感器进行隔离，不参与耐压试验[3]。避雷器不列入耐压试验范围。
(4) 通过观察各元件的合分闸指示，确保耐压范围内的接地刀闸处于分闸状态，断路器、隔离开关处于合闸状态，非被试设备接地刀闸处于合闸状态。
(5) 试验前，在每个气室间隔上安装GIS闪络定位仪，一旦耐压过程中发生击穿现象，通过观察GIS闪络定位仪波峰最大值进行定位，准确、快速地确定发生击穿的气室，提高工作效率同时降低了人员作业风险。
GIS主回路绝缘试验要求试验时环境湿度不大于80%，温度不低于5 ℃。试验期间正值雨水充沛时节，雨后经常会有将近20 ℃的降温，多雨、寒冷、现场积水给试验带来了很大的难度，为保证整个工程进度，在规定工期内完成试验，试验人员充分考虑到天气影响，提前准备好清扫、擦拭工具和防雨帐篷、防雨布等，便于在最佳时间进行试验。
2.2 现场试验本次GIS主回路绝缘试验采用串联谐振电路，试验接线原理图如图 1所示[4]。试验中，考虑到加压部分连接引线电压最高达到1100 kV，使用普通加压线会使电晕过大，试验中均使用直径500 mm防晕导线，减小了电晕损耗。
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图中：T—励磁变压器；L—谐振电抗器；Cx—试品等效对地电容；D—电容分压器；C1、C2—分压电容 图 1 GIS主回路绝缘试验接线原理图 |
主回路绝缘试验分老练试验、交流耐压试验和局部放电测量试验。
交流耐压试验前进行老练试验，加压程序为：
交流耐压试验最高电压值为出厂值的100%，加压程序为
耐压试验结束后，将试验电压降至1.2 Um/
本次局部放电测量采用超声波测量法，在GIS外壳上按小于1 m的间距布置测量点，在断路器断口处、隔离开关、接地刀闸、电压互感器、避雷器、电流互感器等设备处均设测点。将测点选在气室下方，从检测图谱中判断是否存在放电现象。
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图 2 超声波局放检测正常图谱 |
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图 3 超声波局放检测悬浮放电典型图谱 |
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图 4 超声波局放检测金属颗粒放电典型图谱 |
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图 5 超声波局放检测电晕放电典型图谱 |
(1) 检查确认GIS闪络定位仪工作正常。
(2) 将试验设备组装好 (不带试品)，通电对试验设备进行升压检查。
(3) 试验电压由被试段GIS出线套管加入，其他相的接地刀闸接地，外壳保证良好接地。
(4) 进行GIS母线TV额定电压下一次侧空载电流测量、老练试验、交流耐压试验、局部放电测量试验。
(5) 耐压试验结束后，对全站设备整体进行老练试验。由于被试品电容量较大，一次性全部设备老练试验频率达不到50 Hz，因此分段进行老练试验，分段情况与耐压试验分段相同。
(6) 耐压试验前后，用5000 V绝缘电阻表测量每相导体对地绝缘电阻，记录测量数值并进行比较，试验前后绝缘电阻值不应有大的变化。
2.2.4 试验判据如果被试GIS设备每一部件均已按照规定的试验程序耐受规定的试验电压而无击穿放电，超声波局放测试信号正常，则认为整个试验通过。
在试验过程中如果发生击穿放电，根据GIS闪络定位仪所提供的数据，判断放电气室。重复进行1次试验，若无击穿则试验通过；若重复耐压失败，应将发生击穿的气室解体，检查绝缘损坏情况并进行修复措施，再进行规定的耐压试验。
局放测试过程中若出现典型局部放电信号，在老练试验阶段再次测量，若局放信号消失，则试验通过；若局放信号没有消失，信号幅值较大，用特高频法进行定位，查找放电源，特别严重时需要进行解体检查，修复后再次进行主回路绝缘试验[5]。
2.3 分段耐压试验 2.3.1 分段耐压情况锡盟1000 kV变电站1100 kV GIS设备共有5个间隔，电气设备布置如图 6。综合考虑设备安装计划和减少被试GIS重复耐压试验次数等因素，试验方案经多次优化后分2个阶段完成。
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图中：标蓝色的为第一阶段耐压试验被试设备；标红色的为第二阶段耐压试验被试设备；标绿色的为2个阶段重复耐压设备 图 6 锡盟1000 kV变电站设备布置图 |
根据设备生产厂家提供的资料，对各阶段被试设备的电容量估算结果见表 1所示。
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表 1 各阶段被试设备的电容量估算结果 |
根据各试验阶段每相最大电容量，被试品最大电容量Cx约为18 503 pF，分压器电容量Cy约为1000 pF，总电容量约为19 503 pF。串联4节300kV/80 H电抗器，则总电感L=320 H。
谐振频率计算[6]：
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试验频率在试验设备输出的频率范围内，满足TV空载电流测试频率在40~90 Hz的要求[7]。
2.3.4 各阶段耐压试验结果|
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表 2 第一阶段耐压试验结果 |
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表 3 第二阶段耐压试验结果 |
从表 1和表 2中可以看出，试验谐振频率与计算值相比误差不超过±5%。试验过程中，没有发生击穿放电现象，而且超声波局放信号正常、试验前后绝缘电阻没有较大变化，表明主回路绝缘试验顺利通过。
2.4 试验重点锡盟1000 kV变电站1100 kV GIS主回路绝缘试验两阶段试验均一次通过，总结本次试验重点如下。
(1) 由于被试品电容量较大，综合考虑变频电源、励磁变压器容量满足要求，电抗器、分压器试验电流在额定范围内，试验频率在50 Hz以上，试验中尽量减少绝缘部件重复耐压次数以及天气和工期等问题。经多次计算，将GIS设备分成两个阶段进行耐压，保证试验正常进行同时提高了试验效率，极大程度地减少了工作量。
(2) 一次试验电压最高达到1100 kV，感应电压高，附近悬浮导体应做好接地；试验地网、电缆沟处应停止作业，防止高压击穿反击；附近线路应合接地刀闸，防止感应电压危害。同时控制台最好距离一次导体20 m以上，操作人员戴绝缘手套、站在绝缘垫进行操作，在试验中周围金属物体可能有明显的感应电触感。
(3) 试验前确保GIS设备外壳各接地点、接地刀闸接地排和各个元件的支撑以及滑动支撑之间的接地线均可靠接地，防止进行局部放电检测时外壳感应电压对人员、设备的伤害。
(4) GIS母线TV额定电压下一次侧空载电流测量时，保持中性点可靠接地；试验前后进行主回路绝缘电阻测试时，应把整个电压互感器中性点接地连线取下，而不能仅将连线末端打开。
(5) 在试验过程中如果发生击穿放电，根据GIS闪络定位仪所提供的数据，判断放电部位，然后进行重复耐压试验，如果设备未发生击穿现象，则认为是自恢复放电，耐压试验通过[8]；如果重复耐压失败，应将击穿设备解体，进行检查、修复，然后按照相同的步骤进行主回路绝缘试验。
(6) 1100 kV GIS耐压试验发生故障时，多数在升压阶段发生击穿闪络，少数在降压阶段762 kV时发生击穿闪络，金属导体毛刺等故障比较常见。
(7) 本次使用的PDM208-mini型GIS闪络定位仪采用超声检测法，可根据显示器上波形和峰值大小有效地进行GIS设备气室击穿放电定位，具有检测灵敏度高、抗干扰能力强、安全性强等优点，有效地解决了GIS设备耐压试验等过程中的击穿放电定位的难题[9]。
3 结语特高压1100 kV GIS试验设备对现场安装条件要求苛刻， 1100 kV GIS设备需要经受1100 kV高电压下的严格考验。本文详细分析了锡盟1000 kV变电站1100 kV GIS设备分段耐压试验的过程，总结经验，为后续特高压变电站现场耐压试验提供了有力的技术支持。
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