北京城北５００ｋＶ变电站GIS 系统的交流耐压试验
刘铁成，程金梁，刘凯乐
（北京送变电公司，北京市，１０２４０１）
［摘要］城北５００ｋＶ变电站ＧＩＳ系统的交流耐压试验，根据ＧＩＳ设备结构复杂、间隔数量众多、整体电容
量较大等特点，合理选择了耐压设备组合方式来满足试验容量的要求，并采用了母线连同ＧＣＢ单元整体加压的方法。既完成了试验，又最大程度减少了试品的加压次数，从而降低了对试品的绝缘损坏。［关键词］
５００ｋＶ变电站ＧＩＳ交流耐压试验
中图分类号：ＴＭ６３文献标识码：Ｂ
文章编号：１０００－７２２９（２００６）１１－０００８－０３
收稿日期：２００６－０９－２０
作者简介：刘铁成（１９７６－），男，从事高电压试验工作。
１工程概况
北京城北变电站本期建设２台１２００ＭＶＡ的
主变，５００ｋＶ进线２回，２２０ｋＶ出线８回。变电站
５００ｋＶ系统为内桥接线方式，２２０ｋＶ系统为双母
线双分段接线方式，桥断路器及分段断路器均断开运行。
城北变电站的２２０ｋＶ系统、５００ｋＶ系统均使用了平高东芝公司生产的ＧＩＳ设备，按照交接试验要求，需对全站的ＧＩＳ系统进行交流耐压试验。城北变电站的ＧＩＳ系统规模较大，２２０ｋＶ系统包括１８个电气间隔，５００ｋＶ系统包括３个电气间隔，电磁式电压互感器（ＰＴ）内置于罐体内。本次交流耐压试验要附带电压互感器一起进行，这就要求在耐压过程中除考虑ＧＩＳ的耐压标准外，还需避免ＰＴ发生谐振，导致铁芯饱和，从而损害被试品本体。所以，交流耐压试验的频率要控制在一定范围内，需要制定一个科学、完备、安全的交流耐压试验方案。
２ＧＩＳ系统交流耐压试验方案的确立
２．１ＧＩＳ系统交流耐压试验标准
按照《电气装置安装工程电气设备交接试验标
准》（ＧＢ５０１５０—９１）、《气体绝缘金属封闭开关设备现场交接试验规程》（ＤＬ／Ｔ６１８—１９９７）、《华北电网有限公司电力设备交接和预防性试验规程》的要求，编制试验方案。ＧＩＳ常规试验项目包括主回路电阻测量、ＧＩＳ元件调试、ＳＦ６气体微水含量和检漏试验等。交流耐压试验应在被试设备的常规试验全部结束，且试验合格后进行。
２．２ＧＩＳ系统交流耐压试验流程
ＧＩＳ现场交流耐压试验的第１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。老练净化可使导电微粒移动到低电场区或微粒陷阱中，并烧蚀电极表面的毛刺，使其对绝缘没有危害作用。老练净化电压值应低于耐压试验电压值，时间可取１５ｍｉｎ。第２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。
ＡＣＶｏｌｔａｇｅ－ｗｉｔｈｓｔａｎｄＴｅｓｔｏｆＧＩＳＳｙｓｔｅｍａｔＮｏｒｔｈＢｅｉｊｉｎｇ５００ｋＶＳｕｂｓｔａｔｉｏｎ
ＬＩＵＴｉｅ－ｃｈｅｎｇ，ＣＨＥＮＧＪｉｎ－ｌｉａｎｇ，ＬＩＵＫａｉ－ｌｅ
（ＢｅｉｊｉｎｇＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＣｏｍｐａｎｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＣｉｔｙ，１０２４０１）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］
ＴｈｅＡＣｖｏｌｔａｇｅ－ｗｉｔｈｓｔａｎｄｔｅｓｔｏｆＧＩＳｓｙｓｔｅｍａｔｎｏｒｔｈＢｅｉｊｉｎｇ５００ｋＶｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｃｏｍｐｌｅｘｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆＧＩＳｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，
ｍａｎｙｎｕｍｂｅｒｏｆｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔａｎｄｂｉｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｉｎｔｅｇｒａｌｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ．Ｓｏｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｓｅｌｅｃｔｒａｔｉｏｎａｌｌｙｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｖｏｌｔａｇｅ－ｗｉｔｈｓｔａｎｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅｓｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｔｅｓｔ．ＡｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｐｐｌｉｅｄｏｎｔｈｅｂｕｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｌＧＣＢｕｎｉｔｗａｓａｄｏｐｔｅｄ，ｗｈｉｃｈｈａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄｔｈｅｔｅｓｔａｎｄｒｅｄｕｃｅｄｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｎｕｍｂｅｒｓｏｎｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｔｏｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｘｔｅｎｔ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｄａｍａｇｅｏｎｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｗａｓｒｅｄｕｃｅｄ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］
５００ｋＶｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ；ＧＩＳ；ＡＣｖｏｌｔａｇｅ－ｗｉｔｈｓｔａｎｄｔｅｓｔ
电力建设
ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
第２７卷第１１期２００６年１１月
Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．１１
Ｎｏｖ，２００６
８
第１１期・・
Ｂ１——
—
调压器；Ｂ２———激励变压器；ＵＲ———有功损耗的等效电阻；Ｃ１、Ｃ２———
电容分压器高、低压臂电容；ＣＸ———被试品；Ｖ———
电压表；Ｆ———熔丝；ＵＬ———电抗器。交流耐压试验的流程：试验准备→空升试验→耐压前绝缘电阻测试→交流耐压试验→耐压后绝缘电阻测试→后期工作。
２．３ＧＩＳ系统交流耐压试验设备
采用ＣＨＸ（Ｕ）－ｆ－４０００ｋＶＡ／８００ｋＶ型调频式串联谐振耐压试验装置，其输出电压最高可达到８００ｋＶ，输出电流５Ａ。该设备的基本原理如图１所示，在ＲＬＣ串联回路中，当感抗与试品容抗相等时，电抗
中的磁场能量与试品电容中的电场能量相补偿，试品所需的无功功率全部由电抗器供给，电源只供给回路的有功损耗。此时，电路的ｃｏｓφ＝１，即电源电压与谐振回路电流同相位，电感上的电压与电容上的压降大小相等，相位相反，即ωＬ＝
１
ωＣ
。当回路中Ｌ、Ｃ参数固定时，调节电源的频率等于回路谐振频
率时，即ｆ＝１
２πＬＣ"，可产生谐振，此时：
Ｕｃ＝Ｉ１ωＣ
＝ＩωＬ
则品质因数：Ｑ＝
ＵｃＵ１＝ＩωＬＩＲ＝ωＬ
Ｒ
设备主要技术参数：电源输入３８０Ｖ±１０％三相，５０Ｈｚ；额定试验容量４０００ｋＶＡ；谐振电压０～
８００ｋＶ；频率调节范围３０～３００Ｈｚ；频率调节分辨率
０．０１Ｈｚ；波形畸变率不大于１％；电抗器Ｑ值≥７０；电抗器电感量１００Ｈ／节，共４节；分压器４节串联分压比为２０００／１。
２．４ＧＩＳ系统交流耐压试验方案２．４．１
交流耐压试验加压过程
试验程序由现场试验人员编制，经制造厂和用户同意后，确定采用图２的加压方案。
２．４．２交流耐压试验方案的设计
交流耐压试验电压值Ｕｔ按《华北电网有限公司
电力设备交接和预防性试验规程》的要求，最终确定为：２２０ｋＶ系统耐压值为３５６ｋＶ，５００ｋＶ系统耐
压值为６１２ｋＶ。试验采用调频法，在５０％的试验电压以下进行谐振点调节，ＧＩＳ组合电器频率应控制在３０～３００Ｈｚ。考虑到ＰＴ耐压试验时对频率的要求比较特殊，根据城北变电站使用ＰＴ的特点，将耐压频率确定在以下范围：２２０ｋＶ系统为１２０～３００Ｈｚ，
５００ｋＶ系统为６０～３００Ｈｚ。
在交流耐压试验过程中，试验电压应施加到每相导体和外壳之间，可以每次一相加压，一相加压时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。试验程序的设计原则上应使每个部件都至少施加１次试验电压，同时必须尽可能减少固体绝缘的重复试验次数。
２．４．３
２２０ｋＶＧＩＳ系统交流耐压试验方案的确定
现场实测２２０ｋＶＧＩＳ系统相关数据如下：
电容量：ＧＣＢ单元７００ｐＦ／相，母线４０ｐＦ／ｍ，母线ＰＴ２５０ｐＦ／只，线路ＰＴ２００ｐＦ／只。
ＰＴ分布：Ａ相———
母线ＰＴ２只、线路ＰＴ４只；Ｂ相———母线ＰＴ２只；Ｃ相———母线ＰＴ２只。
城北变电站２２０ｋＶＧＩＳ系统共有１４个ＧＣＢ单元，若按照常规试验方法，对ＧＣＢ单元逐个进行耐
压试验，不但耗时耗力，而且要对母线多次加压。交流耐压试验属于破坏性试验，对试品反复加压会对其绝缘造成损伤，所以耐压方案必须尽可能减少加压次数。
根据现有设备的容量，我们采取如下加压方式（以Ａ相为例，Ｂ、Ｃ相参照Ａ相方法进行）：
（１）以ＧＩＳ设备一端的１号主变进线为加压端，将４号母线上的所有主刀合闸、地刀分闸，５号母线上的所有主刀分闸、地刀合闸；靠近１号主变进线的
７个ＧＣＢ单元断路器合闸；Ｂ、Ｃ相从其他出线侧接地。这样４号母线、１号主变进线及７个ＧＣＢ单元
能够耐受电压。
（２）以ＧＩＳ设备另一端的２号主变进线为加压端，将５号母线上的所有主刀合闸、地刀分闸，４号母线上的所有主刀分闸、地刀合闸；靠近２号主变进线的７个ＧＣＢ单元断路器合闸；Ｂ、Ｃ相从其他出线侧接地。这样５号母线、２号主变进线及７个ＧＣＢ单元能够耐受电压。
图１串联谐振交流耐压原理图
图２交流耐压试验加压过程
北京城北５００ｋＶ变电站ＧＩＳ系统的交流耐压试验
９
第２７卷
电力建设・・
线用量（使变电站的总长度和管母线长度都缩小了
１２ｍ），经济性较高。间隔宽度变为１２ｍ后，我们进
行了电气距离的校验。
出线相间距满足手册中间隔宽度为１２ｍ时的最小相间距（３７５０ｍｍ）和相对地距离（２２５０ｍｍ），悬垂串相间距为３ｍ，满足设备最小相间距，可见增加出线悬垂串后，边相的对地距离满足要求，同时也减小了导线的风摆。
２．３．３主变的布置
主变压器２组１２００ＭＶＡ主变压器布置。采用
单相变压器，每相容量４００ＭＶＡ，变压器单列排列，变压器间设置防火墙，主变出口处采用管母线，减小了纵向尺寸。（我们考虑过本站采用单台三相变压器的型式，因为采用三相变压器的一大特点是节约占地。但是就本站而言，其横向距离主要由２２０ｋＶＧＩＳ设备控制，所以三相变压器减少占地，节约投资的特点在本站不明显。）
２．３．４电气总平面布置的确定
电气总平面的布置是在各级电压配电装置布置
优化的基础上进行组合。结合总图专业的要求，使之在电气布置上合理，进出线顺畅、功能分区明确，所区总平面规整，工程总投资经济。本变电站的电气总平面布置如图２所示。
３小结
该变电站地处北京市近郊，土地资源珍贵，而
ＧＩＳ设备在供电可靠性和节约土地方面优势明显，
故５００，２００ｋＶ均采用ＧＩＳ设备，节省占地２．４４ｈｍ２。２２０ｋＶ配电装置每个间隔按照１２ｍ设置，比原来敞开式布置缩小１ｍ，既能在电气距离上满足要求，又节省了占地和ＧＩＳ设备的封闭管母线用量，经济性较
高。该变电站主变低压侧选择６６ｋＶ电压等级，既保证今后扩建方便及配电装置的可靠性，又节省了投资。
（责任编辑：马
明）
表１
２２０ｋＶＧＩＳ系统交流耐压试验结果
注：使用激励变输出电压１０ｋＶ抽头，电抗器两串两并，加装均压环，试验电压３５６ｋＶ。
表２５００ｋＶＧＩＳ系统交流耐压试验结果
选择上述加压方法可以分相６次完成整个系统的耐压工作，而且实现了所有试验部分仅承受１次加压，最大程度地减少了对其绝缘的损伤。
２．４．４５００ｋＶＧＩＳ系统交流耐压方案的确定
现场实测５００ｋＶＧＩＳ系统相关数据如下：电容量：ＧＣＢ单元３３０ｐＦ／相，母线５０ｐＦ／ｍ，母
线ＰＴ７００ｐＦ／只，线路ＰＴ７００ｐＦ／只。
ＰＴ分布：Ａ相———
母线ＰＴ２只、线路ＰＴ２只；Ｂ相———母线ＰＴ２只；Ｃ相———母线ＰＴ２只。
ＧＣＢ单元共３个。
根据现有设备的容量，我们采取如下加压方式：
从任一套管处加压，每次耐压一相。所有ＧＣＢ单元和主隔离刀处于合闸状态，所有地刀处于分闸状态，分３次进行。按这样的方案能够顺利完成交流耐压试验。
３ＧＩＳ系统交流耐压试验的实施和结果
方案制定完成后进入最后实施阶段。在试验前，我们考虑到现场试验电晕损耗较大的问题，有针对性地对耐压设备进行了改进，包括：修缮了部分变形的均压环，选用了直径３００ｍｍ的高压引线来代替原有引线，完善操作台保护系统等，为试验顺利进行
做了充分的准备工作。试验于２００６年５月２６、２７日进行，试验结果见表１、２。
这次交流耐压试验均一次通过，升压过程中没有发生放电和闪络现象，且试验数据在被试品允许范围内，所以ＧＩＳ系统交流耐压顺利通过。
（责任编辑：李汉才）
相别频率／Ｈｚ调压器输出电压／Ｖ调压器输出电流／Ａ输入电流／Ａ
Ａ１２２．５９２８０１１０２０Ｂ１３７．０３２６０１０５１５Ｃ
１３７．２５
２６５
１０９
１７
相别频率／Ｈｚ调压器输出电压／Ｖ调压器输出电流／Ａ输入电流／Ａ
Ａ８４．０８２８０１３８３５Ｂ９３．１２２６５１２０２８Ｃ
９１．５６
２７０
１２６
３０
注：使用激励变输出电压２０ｋＶ抽头，电抗器四串，加装均压环，试验电压６１２ｋＶ。
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（上接第７页）
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