GIS组合电器动特性分析方法的应用

GIS组合电器动特性分析方法的应用

赵绍亮

（国网冀北电力有限公司唐山供电公司河北唐山063000）

摘要：高压断路器是最重要的电力设备之一，在电力系统中起到控制和保护作用，高压断路器是发电厂和变电站中至关重要的绝缘和灭弧电气装置。高压断路器性能的优劣直接关系着电力系统的安全运行。应用传统的方法在进行干扰测试时，高压断路器的两端通过接地刀闸与大地相连，因为大地的导通电阻非常小，一般不大于200毫欧，传统的开关测试仪在进行断口分合测验时，断路不稳定。使用传统断路器动特性干扰测试方法检测其变换，因其往往需要通过出线套管处接信号线取样，或将接地开关引出的接地排拆除，才能满足测量条件，实施十分困难，必须违章操作。

关键词：GIS组合器；动特性；应用；分析

1导言

封闭式组合电器GIS（GasInsulatedSwitchgear）设备将变电一次设备封闭在金属接地外壳中，壳内充SF6气体作为绝缘和灭弧介质，具有运行可靠、操作安全性高、维护工作量小、检修周期长、安装方便、不受污染和雨、盐雾等周围环境因素影响的优点，因此广泛用于电力系统中。随着GIS变电站的推广应用，GIS变电站的增容、新间隔扩建也随之增多，如何使环境达到GIS安装技术条件，实现设备零缺陷投运，现场安装环境、质量尤其重要。

2GIS组合电器动特性分析仪设计原理

GIS组合电器动特性分析仪以变压器模型为设计理论，通过两组变压器的高频信号耦合，得到动特性的各项指标。在接地刀闸的通流本体上，安装高频信号发生传感器，即采用开口铁芯线圈环抱固定，构成第一变压器模型的一次绕组，接地刀闸通流本体构成第一变压器模型的二次单匝线圈。同时接地刀闸通流本体又构成了第二变压器模型的一次单匝线圈，在另一侧接地刀闸的通流本体上，安装高频信号接收传感器，即采用开口铁芯线圈环抱固定，构成第二变压器模型的二次绕组。在第一变压器模型的一次线圈的两端施加高频交流电源Us，建立电磁场，为达到一定的时间分辨率，选择合适的电源频率。二次单匝线圈就会产生一个对应的感应电动势Up。假定开关闭合后的回路电阻为r，辅助触头的电阻为R，那么：合闸前的电流i=0；主触头合上后的电流i=Up/r。

在接地刀闸（或接地线）的通流本体上，套入钳形电流取样器，即通用的钳形电流传感器，测到二次单匝导体的感应电流。分闸状态，由于电流回路开路，电流不能建立，合闸状态就会产生电磁耦合电流。对测试到的电磁耦合电流进行常规的高速采样录波，得到所需要的测量波形。电流波形开始建立的时刻，就是触头导通的时刻；电流波形开始消失的时刻，就是触头分断的时刻。

3GIS组合电器的特点

GIS组合电器基本是由断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、连接件等单元组成，这些单元均封闭在接地的金属罐体内。其内部充有一定压力的SF6气体，SF6具有优异的灭弧和绝缘能力。由于GIS的构造既封闭又组合，故占地面积小，占用空间少，基本不受外界环境影响，不产生噪声和无线电干扰，运行安全可靠，且维护工作量少。它的突出优点是：（1）最大限度地缩小整套配电装置的占地面积和空间体积，结构十分紧凑。在人口高度集中的大都市和密集的负荷中心，显得更为重要。（2）全封闭的电器结构，不受雨雷、尘沙及盐雾等各种恶劣自然条件的影响，减少了设备事故的可能性，特别适合工业污染和气候恶劣以及高海拔地区。（3）安装方便。因GIS已向三相共筒化、复合化和智能化方向发展，一般由整体或若干单元组成，可大大缩短安装工期。SF6断路器的绝缘和灭弧介质均为SF6气体。优点如下：（1）灭弧能力强，介电强度高，绝缘性能好，断口电压可以做得很高，使用安全可靠。（2）介质恢复速度特别快，冷却特性好，开断近区故障的性能特别好，使用寿命长。（3）SF6气体电弧分解场中不含有碳等影响绝缘能力的物质，触头在开断电弧中烧损极其轻微，因此SF6断路器又有允许开断次数多、安装操作简便、检修周期长、运行可靠等优点。

4断路器两端接地分合闸信号采集处理

GIS组合电器动特性分析仪的技术关键与难点是采集信号处理，具体实现方法如下：高压断路器的动静触头、与动静触头相连的地刀以及与两地刀相连的地网共同形成变压器模型中的环形铁心，该仪器在地刀卡入两把卡钳，其中一把卡钳为输入电流信号卡钳，另外一把卡钳为输出采集信号卡钳。当高压断路器合闸时，上述环形铁心闭合，变压器模型处于工作状态，采集信号卡钳能够采集到信号，并以此判断为断路器合闸；当高压断路器分闸时，上述环形铁心没有闭合，变压器模型处于不工作状态，采集信号卡钳采集不到信号，并以此判断为断路器分闸。

由于各个变电站的地网结构不一样，地刀引线长度、粗细等都将影响变压器模型中的环形铁心，从而影响采集信号卡钳能够采集到信号的信号质量，增加了高压断路器合分闸判据的界定难度。变压器模型中的环形铁心的阻抗包括交流阻抗和直流阻抗，在断路器两端接地状态下影响更大的是交流阻抗。

由于GIS组合电器动特性分析仪使用的10kHZ信号频率的存在，导致感抗远大于直流阻抗，这样导致环形铁心介质内的感应电流的减低，该较低的感应电流将对接收信号钳产生较低的有用信号，从而导致双端接地测量信息采集的难度。消除双端接地测量信息采集的难度，保证断路器分合闸信号测量准确性的技术解决方案是采用改变门限阈值设置方法进行解决。如果断路器处在合闸状态，而仪器状态检测显示为分闸，则表示由刀闸、地网、断路器等形成的闭合回路阻抗较大，应该降低合分闸阈值判断门限。但门限值的设定并不是越低越好、或越高越好。当地网形成的阻抗较低，也就是测试条件较好，这样门限值越高，信噪比也就越高，测量也就不受环境干扰，测量也就更精确。如果门限设置过高，将导致输入端测到的有用信号低于设定门限值，会出现断路器处在合闸状态，测试仪的断口检测界面，“分”、“合”状态不停地闪烁，甚至显示“分”。地网形成的阻抗较高，也就是测试条件较差，也就是收信号钳收到的信号较低，此时门限值设定越低，也就越容易区分出断路器的合分状态。但如果门限设定过低，也就是信噪比过低，测量也就越容易收到干扰，甚至出现把接收信号钳直接接收到的发送信号钳的信号判断为有用信号。此时过低门限设置，测试仪的断口检测界面，“分”、“合”状态不停地闪烁，甚至显示“合”。可见，合理、准确设定门限阈值也是完成测试的关键。在实际测试时，要尽量将发送信号钳与接收信号钳远离，避免测试中的错误数据。GIS组合电器断路器动特性分析仪现场动特性测试现场应用GIS组合电器动特性分析仪进行试验时，应确保断路器两端的地刀接触良好。

5结论

总之，（1）在高压开关两端电气安全保护接地的状态下，提出了采用GIS组合电器动特性分析仪进行动特性测试，测试结果能够满足断路器现场测试的要求。（2）采用GIS组合电器动特性分析仪进行测试既满足对数据精度的要求，又有利于断路器的现场安全检修，完全可以可以代替传统测试方法。（3）采用GIS组合电器动特性分析仪还可以对GIS组合电器隔离开关进行动特性测试。（4）研究成果的应用，从技术上提升测试作业现场的安全水平，为该类设备违章问题找到了解决途径的同时，也将反措得到了有效落实。

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