《城市軌道交通電氣設備測試（第2版）》 課件4.2GIS試驗

《城軌高壓設備檢測》GIS試驗目錄01高壓GIS開關(guān)柜概述02城軌GIS簡介03GIS在城軌中的應用04SF6斷路器和GIS電氣試驗05AC35

kV開關(guān)柜試驗06耐壓試驗

01高壓GIS開關(guān)柜概述高壓GIS開關(guān)柜概述1.1概述

高壓開關(guān)設備是城軌電力供電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設備，正常情況下，它用于控制變電所線供電，提高綜合線路的運行穩(wěn)定性，故障情況下，開關(guān)設備動作，用于將故障區(qū)域隔離，保證供電可靠性，同時隔離電源保證檢修人員的安全。城軌電力供電系統(tǒng)的高壓開關(guān)系統(tǒng)通常封閉于GIS開關(guān)柜中，提高了運行的可靠性和安全性。

高壓GIS開關(guān)柜即為柜式氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設備，采用緊湊式、共箱式氣體絕緣的充氣式環(huán)網(wǎng)柜，所有帶電部件均在密閉的SF6氣室內(nèi)，氣體外殼由不銹鋼板焊接而成，具有良好的氣密性和可靠性，運行不受外界環(huán)境影響，環(huán)網(wǎng)柜負荷開關(guān)均采用電動操作，具備遠方操作接口，通過RTU實現(xiàn)遠方遙控。GIS采用真空滅弧介質(zhì)，將母線、斷路器、隔離開關(guān)等中壓元件集中密閉在箱體中。02城軌GIS簡介城軌GIS簡介2.1GIS設備介紹

斷路器按介質(zhì)可分為：油斷路器（多油斷路器、少油斷路器）、六氟化硫斷路器（SF6斷路器）、真空斷路器、壓縮空氣斷路器等。由于現(xiàn)在高壓開關(guān)技術(shù)上多用真空或者SF6，存在“去油化”趨勢，多油斷路器被淘汰了，少油斷路器在鐵路上也逐漸退出應用，城軌、鐵路和電力部門現(xiàn)廣泛應用SF6為絕緣氣體的GIS設備。如圖4-14所示為110

kVGIS。城軌GIS簡介圖4-14110

kVGIS城軌GIS簡介

GIS（GasInsulatedSwitchgear）中文稱氣體絕緣全封閉組合開關(guān)電器。GIS全部采用SF6氣體作為絕緣介質(zhì)，并將所有的高壓電器元件密封在接地金屬筒中金屬封閉開關(guān)設備。它是由斷路器、母線、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、接地開關(guān)、套管這8種高壓電器組合而成的高壓配電裝置，如圖4-15、圖4-16所示。城軌GIS簡介圖4-15城軌110

kV室內(nèi)GIS圖4-16變電站220

kV戶外GIS城軌GIS簡介2.2斷路器功能解析

在高壓設備中，斷路器不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負荷電流，而且當系統(tǒng)發(fā)生故障時通過繼電器保護裝置的作用，切斷過負荷電流和短路電流，它具有相當完善的滅弧結(jié)構(gòu)和足夠的斷流能力。2.3GIS優(yōu)點概述

GIS一般由各種不同的間隔組成。一個城軌變電所主要有兩進兩出線及電壓互感器共四個半間隔，采用了三相共箱式結(jié)構(gòu)（即三相滅弧室，安裝在同一殼體內(nèi)）。GIS與傳統(tǒng)敞開式配電裝置相比主要由于其具有以下幾個方面的優(yōu)點：城軌GIS簡介（1）GIS具有占地面積小、體積小、重量輕，元件全部密封不受環(huán)境干擾。（2）操作機構(gòu)無油化、無氣化，具有高度運行可靠性。（3）GIS采用整塊運輸，安裝方便，檢修工作量小、時間短，共箱式GIS全部采用三相機械聯(lián)動，機械故障率低。（4）優(yōu)越的開斷性能——斷路器采用新的滅弧原理為基礎的自能滅弧室（自能熱膨脹加上輔助壓氣裝置的混合式結(jié)構(gòu)），充分利用了電弧自身的能量。（5）損耗少、噪聲低——GIS外殼上的感應磁場很小，因此渦流損耗很小，減少了電能的損耗。彈簧機構(gòu)的采用，使得操作噪聲很低。03GIS在城軌中的應用GIS在城軌中的應用

城軌使用的開關(guān)柜主要有110

kV和35kV（33

kV）交流開關(guān)柜以及1500V直流開關(guān)柜。1）110

kV開關(guān)柜

110

kV開關(guān)柜是采用SF6斷路器、液壓操作機構(gòu)，除母線為三相共箱式外，其余均為三相分箱式。城軌中戶內(nèi)安裝的主要型號有德國西門子8DN9緊湊型GIS、ABB的ELK系列等。2）35

kV開關(guān)柜

35

kV開關(guān)柜也采用GIS，均為三相分箱式，采用真空斷路器（3AF型），開關(guān)柜的操作機構(gòu)為彈簧貯能式，采用三工位隔離開關(guān)和接地刀閘。

GIS在城軌中的應用3）1500V直流開關(guān)柜

1500V直流開關(guān)柜為標稱工作電壓直流1500V及以下、戶內(nèi)安裝、空氣絕緣的金屬封閉式成套設備。詳細內(nèi)容見4.6（本章第六節(jié)）直流開關(guān)柜。4）SF6泄漏的危害

GIS室內(nèi)空間較封閉，一旦發(fā)生SF6氣體泄漏，流通極其緩慢，毒性分解物在室內(nèi)沉積，不易排出，從而對進入GIS室的工作人員產(chǎn)生極大的危險。而且SF6氣體的比重較氧氣大，當發(fā)生SF6氣體泄漏時SF6氣體將在低層空間積聚，造成局部缺氧，使人窒息。另一方面SF6氣體本身無色無味，發(fā)生泄漏后不易讓人察覺，這就增加了對進入泄漏現(xiàn)場工作人員的潛在危險性。04SF6斷路器和GIS電氣試驗SF6斷路器和GIS電氣試驗

GIS應安裝完好，并充以合格的SF6氣體，氣體密度應保持在額定值。SF6斷路器和GIS的試驗項目、周期和要求如表4-8所示。SF6斷路器和GIS電氣試驗序號項

目周

期要

求說

明5耐壓試驗（1）大修后（2）必要時交流耐壓或操作沖擊耐壓的試驗電壓為出廠試驗電壓的0.8倍（1）試驗在SF6氣體額定壓力下進行（2）對GIS交流耐壓試驗時不包括其中的電磁式電壓互感器及避雷器，但在投運前應對它們進行試驗電壓為Um/的5

min耐壓試驗（3）罐式斷路器的耐壓試驗方式：合閘對地；分閘狀態(tài)兩端輪流加壓，另一端接地（4）對瓷柱式定開距型斷路器只作斷口間耐壓試驗（5）耐壓試驗后的絕緣電阻值不應降低（6）必要時，如對絕緣性能有懷疑時6輔助回路和控制回路絕緣電阻（1）110

kV：6年；220

kV、500

kV：3年；35

kV及66

kV補償電容器/電抗器組斷路器3年（2）大修后不低于2MW（1）采用500V或1000V兆歐表（2）35

kV及66

kV補償電容器/電抗器組斷路器適用于500

kV變電站變低側(cè)無功補償用斷路器7輔助回路和控制回路交流耐壓試驗（1）110

kV：6年；220

kV、500

kV：3年；35

kV及66

kV補償電容器/電抗器組斷路器3年（2）大修后試驗電壓為2

kV可用2500V兆歐表測量代替8斷口間并聯(lián)電容器的絕緣電阻、電容量和tand（1）110

kV：6年；220

kV、500

kV：3年（2）大修后（3）必要時（1）對瓷柱式斷路器，與斷口同時測量，測得的電容值偏差應在初始值的±5%范圍內(nèi)，10

kV試驗電壓下tand（%）值不大于下列數(shù)值：油紙絕緣

0.5%；膜紙復合絕緣

0.4%；（2）罐式斷路器（包括GIS中的斷路器）按制造廠規(guī)定（1）大修時，對瓷柱式斷路器應測量電容器和斷口并聯(lián)后整體的電容值和tand作為原始數(shù)據(jù)（2）如有明顯變化時，應解開斷口單獨對電容器進行試驗（3）對罐式斷路器（包括GIS中的SF6斷路器）必要時進行試驗，試驗方法按制造廠規(guī)定（4）必要時，如對絕緣性能有懷疑時SF6斷路器和GIS電氣試驗序號項

目周

期要

求說

明9合閘電阻值和合閘電阻的投入時間（1）3年（2）大修后（1）除制造廠另有規(guī)定外，阻值變化允許范圍不得大于±5%（2）合閘電阻的有效接入時間按制造廠規(guī)定校核罐式斷路器的合閘電阻布置在罐體內(nèi)部，只在解體大修時測量10斷路器的速度特性大修后測量方法和測量結(jié)果應符合制造廠規(guī)定制造廠無要求時不測量11斷路器的時間參量（1）6年（2）大修后（1）斷路器的分、合閘時間，主、輔觸頭的配合時間應符合制造廠規(guī)定（2）除制造廠另有規(guī)定外，斷路器的分、合閘同期性應滿足下列要求：相間合閘不同期不大于5

ms；相間分閘不同期不大于3

ms。同相各斷口間合閘不同期不大于3

ms；同相各斷口間分閘不同期不大于2

ms在額定操作電壓（氣壓、液壓）下進行12分、合閘電磁鐵的動作電壓（1）110

kV：6年；220

kV、500

kV：3年；35

kV、66

kV補償電容器/電抗器組斷路器3年（2）大修后（1）并聯(lián)合閘脫扣器應能在其交流額定電壓的85%～110%范圍或直流額定電壓的80%～110%范圍內(nèi)可靠動作；并聯(lián)分閘脫扣器應能在其額定電源電壓的65%～120%范圍內(nèi)可靠動作，當電源電壓低至額定值的30%或更低時不應脫扣（2）在使用電磁機構(gòu)時，合閘電磁鐵線圈通流時的端電壓為操作電壓額定值的80%（關(guān)合電流峰值等于及大于50

kA時為85%）時應可靠動作。（3）按制造廠規(guī)定

13導電回路電阻（1）110

kV：6年；220

kV、500

kV：3年；35

kV、66

kV補償電容器/電抗器組斷路器1年（2）大修后（1）敞開式斷路器的測量值不大于制造廠規(guī)定值的120%（2）對GIS中的斷路器按制造廠規(guī)定（1）用直流壓降法測量，電流不小于100A（2）35

kV及66

kV補償電容器/電抗器組斷路器適用于500

kV變電站變低側(cè)無功補償用（3）必要時，如懷疑接觸不良時SF6斷路器和GIS電氣試驗序號項

目周

期要

求說

明14分、合閘線圈直流電阻更換線圈后試驗結(jié)果應符合制造廠規(guī)定

25運行中局部放電測試（1）投產(chǎn)1年內(nèi)每3個月1次；如無異常其后，1年1次（2）必要時應無明顯局部放電信號（1）只對運行中的GIS進行測量（2）必要時，如對絕緣性能有懷疑時，巡檢發(fā)現(xiàn)異?；騍F6氣體成分分析結(jié)果異常時26紅外檢測（1）500

kV：1年6次或以上；220

kV：1年4次或以上；110

kV及以下：1年2次或以上（2）必要時按《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》（DL/T664—2008）執(zhí)行（1）敞開式斷路器在熱備用狀態(tài)下，應對斷口并聯(lián)電容器進行測量（2）用紅外熱像儀測量（3）結(jié)合運行巡視進行（4）必要時，如懷疑有過熱缺陷時05AC35

kV開關(guān)柜試驗AC35

kV開關(guān)柜試驗

集中式供電的城軌開關(guān)柜主要采用35kV（33kV）的開關(guān)柜（簡稱GIS），分散式供電主要采用10kV的空氣開關(guān)柜（簡稱AIS）。

35kV交流開關(guān)柜采用一定壓強的SF6氣體絕緣開關(guān)柜，斷路器采用真空斷路器。表4-9所示為35kV交流開關(guān)柜試驗項目、周期和要求。AC35

kV開關(guān)柜試驗序號試驗項目標準要求試驗方法備注1外觀及結(jié)構(gòu)檢查（1）所有元器件符合圖紙要求（2）開關(guān)柜排列符合圖紙要求（3）接地母線安裝完好（4）主回路相序標識正確（5）所有銘牌張貼整齊、牢固、參數(shù)正確（6）開關(guān)柜吊環(huán)、終端蓋板已正確安裝（7）低壓室網(wǎng)絡板上元器件整齊、正確（8）各門板安裝平整、密封性好，油漆完整無損傷（9）開關(guān)柜門鎖牢固、能可靠鎖緊（10）開關(guān)柜各間隔內(nèi)清潔無雜物設計圖紙廠家技術(shù)說明書觀察表4-935kV交流開關(guān)柜試驗項目、周期和要求AC35

kV開關(guān)柜試驗序號試驗項目標準要求試驗方法備注2電流互感器試驗變比誤差與銘牌相符角、比差用互感器校驗儀或雙表法絕緣電阻表交流試驗變壓器僅做保護線圈用2500V兆歐表1

min代替交流耐壓極性減極性勵磁特性曲線僅作參考絕緣電阻與廠家值比較工頻耐壓二次2000V/min3電壓/電流傳感器和帶電顯示裝置試驗絕緣電阻與廠家值比較兆歐表交流試驗變壓器采用雙表法：分別采用升流器和高壓試驗變壓器從主回路加入電流和電壓進行測試用2500V兆歐表1

min代替2000V工頻耐壓，需用專用電纜試驗插頭工頻耐壓二次2000V1

min耐壓顯示誤差符合廠家技術(shù)要求4主回路、斷路器斷口間絕緣電阻和工頻耐壓試驗：（1）分別測量相間及對地絕緣電阻（2）將高壓分別加入主回路每一相，其余兩相接地（3）升壓至72

kV試驗電壓后持續(xù)1

min（4）試驗后再測量相間及對地絕緣電阻絕緣電阻與廠家值比較

>200MW主回路、斷路器斷口間工頻耐壓值：72

kV/min用兆歐表；用交流試驗變壓器依次施加到主回路各相導體上耐壓前后均應測絕緣電阻，需專用電纜試驗插頭5輔助與控制回路絕緣電阻、工頻耐壓試驗：（1）回路中的元器件和表計如已按各自標準通過試驗，則可免試（2）測量各待測回路對地絕緣電阻（3）分別對各回路進行2000V/min耐壓試驗（3）耐壓試驗后測試各回路對地絕緣電阻絕緣電阻與廠家值比較>1MWDC>60V耐壓值：2000V/minDC≤60V耐壓值：500V/min兆歐表；交流試驗變壓器

6主回路電阻測量不大于50mW從進線開關(guān)柜構(gòu)成回路，用接觸電阻測試儀加入100A電流測試，每相應接地測試一次接地法測試值僅作參考7氣室SF6氣體含量、露點測量及密封檢查T≤－25°C（露點）G≥95%（含量）密封檢查：中等不報警用露點儀檢測SF6氣體含量及露點，用檢漏儀對各氣室密封部位、管接頭等處檢測，用壓力表檢測氣體壓力記錄氣壓表讀數(shù)AC35

kV開關(guān)柜試驗序號試驗項目標準要求試驗方法備注8斷路器機械分、合閘操作及機械聯(lián)鎖試驗：（1）在規(guī)定的操作條件下，對斷路器機械特性進行檢查，應符合技術(shù)條件的規(guī)定（2）對斷路器機械操作進行試驗，應承受空載操作5次（3）對接地開關(guān)及隔離開關(guān)機械操作進行試驗，應承受空載操作5次（4）對斷路器與接地開關(guān)及隔離開關(guān)的閉鎖關(guān)系進行試驗，應符合要求不得拒動、運動自如、無卡阻、無任何機械故障機械操作

9斷路器電氣分、合閘操作及電氣聯(lián)鎖試驗：（1）當斷路器儲能彈簧未儲能時，斷路器不能合閘（2）當隔離開關(guān)處于分閘位置時，斷路器不能合閘（3）當斷路器處于分閘狀態(tài)時，隔離開關(guān)可以分閘，反之不能分閘（4）當合閘命令及分閘命令同時作用于主開關(guān)時，機械、電氣均無法合閘符合廠家技術(shù)要求電氣操作

10斷路器合閘、分閘線圈最低動作電壓試驗：（1）直流操作電壓在（85%～110%）Un范圍內(nèi)時，斷路器應可靠合閘（2）直流操作電壓大于65%Un時，斷路器應可靠分閘，小于30%Un時，不應分閘符合廠家技術(shù)要求使用繼電保護測試儀進行測試

11斷路器合、分閘時間測定：（1）對斷路器進行合閘操作（2）對斷路器進行分閘操作符合廠家技術(shù)要求：合閘時間：60～95

ms，分閘時間：50～70

ms三相同期：合閘彈跳用高壓開關(guān)測試儀進行測試三相同時測試，需專用電纜試驗插頭三個12繼電保護裝置試驗及繼電器界面測試：（1）對繼電保護裝置進行調(diào)試和整定（2）對繼電器界面進行測試繼電保護裝置動作正常、電氣性能滿足廠家技術(shù)要求，繼電器界面完好、操作正常用繼電保護測試儀進行測試

13各回路接線正確性檢查：（1）用萬用表檢查加熱器阻值，加熱回路是否正確（2）用繼電保護測試儀從端子排加入電壓、電流，檢查保護、測量回路的正確性，并對各指示儀表誤差進行檢驗（3）對控制、信號回路進行檢查（4）對開關(guān)柜單體進行整組聯(lián)動試驗與設計圖紙相符誤差滿足要求用萬用表、繼電保護測試儀進行檢查、測試，加入20%、50%、100%額定電壓或電流時指示儀表、計量回路指示值與實際值相符。二次升流模擬保護跳閘，動作正常，動作信號、位置信號顯示正確，各種報警正常電流/電壓傳感器和帶電顯示裝置二次回路已在第3項中檢查過06耐壓試驗耐壓試驗6.1GIS耐壓試驗準備

GIS應已完成各項現(xiàn)場試驗項目后才進行耐壓試驗。試驗時，GIS加壓范圍內(nèi)的所有電流互感器的二次繞組應短路并接地，電磁式電壓互感器的二次繞組應開路并單點接地。擴建部分耐壓時，原有相設備應停電并接地。否則，應考慮突然擊穿對原有部分造成的損害采取措施。

GIS耐壓時，以下設備應采取隔離措施，避免施加試驗電壓：（1）高壓電纜和架空線。（2）電力變壓器和并聯(lián)電抗器。（3）電磁式電壓互感器。耐壓試驗

耐壓試驗階段允許帶上電磁式電壓互感器。采用變頻電源時，電磁式電壓互感器經(jīng)廠家確認不會引起磁飽和的，也可以和主回路一起耐壓，但應保證試驗頻率高于廠家要求值。（4）避雷器。

耐壓試驗階段允許帶上避雷器，但耐壓時必須將避雷器短路接地。6.2試驗設備與接線按規(guī)定試驗方法布置試驗接線，如圖4-17所示為調(diào)頻串聯(lián)諧振原理示意圖。耐壓試驗圖4-17調(diào)頻串聯(lián)諧振原理示意圖CB1、CB2—電源（控制）開關(guān)；T1—隔離變壓器；T2—調(diào)壓器；T3—勵磁變壓器；BPf—調(diào)頻電源柜；L—高壓電抗器；Cx—被試GIS；C1、C2—電容分壓器；CT—電流互感器；V—電壓表；A—電流表耐壓試驗

加壓方式一般只做主回路耐壓，即規(guī)定的試驗電壓應施加到每相主回路和外殼之間，每次一相，此時其他相的主回路應和接地外殼相連。如懷疑GIS的斷路器或隔離開關(guān)的斷口在運輸、安裝過程中受到損壞解體，應做該斷口耐壓試驗，則試驗電壓應接到相應斷口上，斷口的一側(cè)與試驗電源相連，另一側(cè)與其他相導體和接地的外殼相連。試驗程序按兩步進行：①耐壓試驗：耐壓試驗電壓值與加壓時間應從《氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設備現(xiàn)場耐壓及絕緣試驗導則》（DL/T

555—2004）中的方案中