1100kV 气体绝缘金属封闭开关设备的试验

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2009特高压输电技术国际会议论文集 1

1100kV气体绝缘金属封闭开关设备的试验

张猛1、夏文1、李心一1、徐晟1、王传川1、 Uwe Riechert2，Walter Holaus2，Urs Krüsi2

（1．西安西开高压电气股份有限公司；2．ABB公司）

摘要：西安西开高压电气股份有限公司与ABB公司联合研制的1100kV气体绝缘金属封闭开关设备在XIHARI完成了全套型式试验，在试验过程中进行了许多研究。绝缘试验方面，针对试验室条件，对试验极布置形态、局放试验、断口联合加压试验等进行了重点研究，并在试验中进行了验证。容量试验方面，针对特高压试验的特点，对试验极的布置、端子短路试验、整极验证试验、关合试验、隔离开关切容性电流试验和切环流试验极等进行了研究，并在试验中进行了验证。

关键词：特高压；GIS；型式试验；试验极布置；试验方式；绝缘试验；容量试验；隔离开关切容性电流试验；快速暂态过电压

0 引言

我国水力、煤炭资源主要分布在西北、西南地区，而电力、能源需求主要集中在东部，随着我国国民经济的日益发展，实现“西电东送”、建设大规模输变电系统势在必行。我国目前的输电骨干网架主要为550kV，但大规模的550kV输电网架的建设将会占用大量宝贵耕地、产生大量传输损耗，因此建设更为高效，更加经济的1000kV特高压交流输变电系统，实现我国从大型能源基地到电力急需地区的跨区域、远距离、大容量、低损耗、集约型的电力输送，满足国民经济发展的需求成为我国当前能源建设的重大任务。

建设特高压输变电系统，特高压设备研制是关键。为支持我国特高压输变电系统建设，西安西开高压电气股份有限公司（以下简称西开电气）联合ABB公司，合作研发了1100kV气体绝缘金属封闭开关设备，取得了圆满成功。

在1000kV GIS的研发中，如何通过试验验证设计，是一个非常关键环节，本文将就1000kV GIS的试验情况进行阐述。

1 绝缘试验

1.1 根据试验室条件布置试验极

在中国决定建设1000kV特高压输电线路，并

将之用于商业运行时，世界上还根本没有相应电压等级的标准，也没有能完成相关型式试验验证的试验场所。在此背景下，中国的建设者经过多方论证比较，决定将大部分的型式试验放在条件相对比较接近的XIHARI实验室，SHIKY/ABB联合研发的1100kV GIS的大部分试验也在此进行。

为了能在XIHARI顺利地进行试验，根据试验场地、试验条件，合理布置试验极，最大程度利用现有试验资源显得非常重要。

以下是在XIHARI试验室布置1000kV GIS试品音考虑的问题。

首先是试品的摆放问题。西高所的绝缘试验大厅是按800kV等级设计的，试验大厅的空间为72m×36m×30m，除去试验设备，实际可以用于绝缘试验的面积为35m×30m，再减去试品距实验室墙壁的距离10 m， 实际可摆放试品的面积只有约14m×5m（如图1）。如何有效利

图1 试品摆放空间示意图

用现有面积，尽可能合理的布置试品，使试验能顺利进行非常重要。

其次是试验极本身的布置问题。此次绝缘试验，因为电压等级高，绝缘要求高，试品本身体积较大。加之试验室面积有限，实验设备容量有限（后面专题叙述），所以选择将整个GIS分成两部分进行绝缘试验，一部分是断路器绝缘试验极，另一部分是GIS其它元件绝缘试验极。对GIS其它元件绝缘试验极而言，首先要考虑将GIS所能用到的，除断路器以外的所有元件，以及每一种元件所有可能的使用方式全部布置到试验极中，以期对试品进行最全面最充分的考核；其次是要保证试验极中两个

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套管之间的距离，保证实验能顺利实施，还要保证试验极能够布置在有效的实验空间内。对断路器绝缘试验极，主要应考虑保证试验极中两个套管之间的距离，以及试验极能够布置在有效的实验空间内。

关于试验极中两个套管之间的距离的确定：首先，预计可能施加的最高试验电压是：雷电冲击2640kV+990kV，操作冲击1842.5kV +990kV，工频1100 kV+635kV，要保证能够顺利实施，保证试验极尺寸较小，保证试验极能够布置在14m×5m的有效试验面积内，必须对套管之间的距离进行核算。

以耐受操作冲击1842.5kV+990kV为基准，利用ANSYS软件校核套管之间的距离。空气中允许场强取20 kV/cm。

①套管间中心距初选为15m

此时套管上屏蔽之间的净距为12.8m，计算模型见图2，上屏蔽表面的最大场强为15.6kV/cm，场强云图见图3～图4。

图2 中心距为15m的计算模型

图3 中心距为15m时的屏蔽之间场强云图

图4 中心距为15m时的屏蔽表面场强云图

从计算的结果来看，场强较低，裕度较大，可以满足试验需要。但是套管间距太大在实验室中较难布置，需适当减小套管间距。

②套管间中心距选为10m

此时套管上屏蔽之间的净距为7.8m，计算模型见图5，上屏蔽表面的最大场强为19kV/cm，场强云图见图6～图7。

图5 中心距为10m的计算模型

图6 中心距为10m时的屏蔽之间场强云图

图7 中心距为10m时的屏蔽表面场强云图

从计算的结果来看，虽然还没有超过允许场强，但裕度很小，需适当增及套管间距。

③套管间中心距选为12m

此时套管上屏蔽之间的净距为9.8m，计算模型见图8，上屏蔽表面的最大场强为17kV/cm，场强云图见图9～图10。

从计算的结果来看，场强较低，有一定裕度，可以满足试验需要，且套管间距适中，可以在试验室中布置，所以将12m定为试验极套管的基本中心距。实际的试验极套管中心距可以比这个尺寸大，不可以小。

实际的断路器绝缘试验极如图11，中心距为

图8 中心距为12m的计算模型

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图9 中心距为12m时的屏蔽之间场强云图

图10 中心距为12m时的屏蔽表面场强云图

13 m；实际的GIS其它元件绝缘试验极如图12，中心距为13.7 m。GIS其它元件绝缘试验极中包含了隔离开关、接地开关、最长母线、最短母线、各种母线接头、电流互感器一次部分、伸缩节、SF6气体绝缘复合套管等元件及验电器、局放传感器吸附剂罩等附件。

图12 GIS其它元件绝缘试验极

1.2 局放测量试验

由于XIHARI绝缘试验大厅的设计目标是800kV等级，所以，在该试验室进行试验室，遇到了许多预想不到的问题，第一个就是局放测量试验。

1) 试验室基本的试验能力和程序是：采用 图13所示的基本测量回路一。

其中，高压臂C1=300pF，低压臂C2=3μF，

图13 回路一：XIHARI基本的局放测量回路

C1和C2组成分压器，标容CN=61.96pF

，M为局放测量装置，To为被试品，从V1测得变压器原边电压，从V2测得加在试品上的电压，从A测得流过试品的电流。最高激励电压800kV，可在700kV或760kV电压下测量。

采用该方案的问题是，激励电压无法满足标准要求的1倍额定电压，即1100kV。原因是，试验室目前使用的标容CN无法耐受1100kV的电压。

作为替代，试验室提出采用图14所示的测量回路（回路二）

2) 试验室提出的替代的测量回路和测量方法 试验室提出的替代的测量回路如图14。

图14 回路二：试验室提出的替代的测量回路