西高壓電器設備絕緣試驗技術探討

西高壓電器設備絕緣試驗技術探討

0特高壓電器設備的絕對對待隨著中國第一個特高壓電線規(guī)劃，目前有幾種電壓級電裝置，如gis、sv6電氣表、寬間距隔離開關、電容管理箱、絕緣子等。西安高血壓研究所（以下簡稱西醫(yī)）高壓電器實驗室如何處理低壓產(chǎn)品的類型已成為緊迫的問題。由于特高壓電器產(chǎn)品尺寸大、試驗電壓高,如雙柱垂直開啟隔離開關分閘時最大尺寸達到了12.35m(長)×23.79m(高),GIS一個間隔的最大尺寸達到了20m(長)×17m(高)。因此要滿足特高壓電器產(chǎn)品的絕緣型式試驗,對試驗大廳的空間尺寸和電壓發(fā)生設備及測量裝置均有很高的技術要求,如隔離開關開合容性、感性小電流試驗時使用的試驗變壓器、測量介質(zhì)損耗及電容量時使用的標準電容器、測量局部放電或無線電干擾時使用的耦合電容器、直流換流閥單閥陡波沖擊試驗時使用的陡波分壓器等等。由此看來,要按照標準要求實施特高壓電器設備的絕緣試驗,無論是對試驗設備、試驗空間尺寸、試驗環(huán)境等因素都提出了非常高的要求。筆者將對西高所高電電壓試驗室實施特高壓電器設備絕緣試驗的情況及存在的問題進行介紹,并且針對幾個難度較大的試驗項目的試驗技術進行探討。1壓電器產(chǎn)品的絕緣容量特高壓等級電器產(chǎn)品絕緣水平見表1~表2。2西高壓電器設備的絕緣試驗和相關試驗能力西高所實施特高壓電器設備絕緣試驗及相關試驗的能力見表3。3一些關于特高壓絕緣試驗的技術討論3.1試驗變壓器內(nèi)部粘連物理模型的建立根據(jù)1100kV電壓等級的相關技術規(guī)范,應采取聯(lián)合電壓的試驗方法對斷路器或隔離開關的斷口進行試驗。實施工頻耐受電壓試驗時,一端施加額定工頻相對地耐受電壓,另一端施加有效值為的反相工頻電壓;實施雷電(操作)沖擊耐受電壓時,一端施加額定相對地雷電(操作)沖擊耐受電壓,另一端施加峰值為的反相工頻電壓。試驗回路見圖1。此試驗的難點在于斷口絕緣擊穿時如何保護試驗變壓器的絕緣不受損壞。因為試驗時一旦被試開關斷口擊穿,試驗變壓器將承受一個幅值和陡度都很高的沖擊電壓。此時工頻系統(tǒng)的保護電阻雖然可起到一定的阻尼作用,但變壓器內(nèi)部絕緣還是會受到過電壓的作用。一般的試驗變壓器在設計時并不會考慮此種工況,因此需要采取措施來保護變壓器,可采取外部回路保護或有針對性地加強變壓器的內(nèi)部絕緣。但筆者認為后者應該是研究重點。西高所目前正在結合特高壓廳的建設準備進行此方面的研究工作。研究的步驟如下:(1)建立工頻試驗變壓器電磁模擬成套試驗設備,研究在陡波沖擊電壓作用下工頻試驗變壓器內(nèi)部的波過程,研究工頻試驗變壓器的耐沖擊結構。(2)建立包括斷口電容鏈型回路和試驗變壓器、保護電阻、電容分壓器等在內(nèi)的數(shù)學物理模型,對聯(lián)合電壓的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過程進行分析和測量,研究各種外部保護措施。(3)分兩階段建立1/6~1/3電壓比例物理模型,即150~2×150kV工頻試驗變壓器、450~900kV沖擊電壓發(fā)生器和開關斷口等的物理模型,進行實際聯(lián)合電壓試驗和各種外部保護措施的考核。(4)在完成步驟(1)~(3)模型試驗并確有把握后,利用4800kV/720kJ沖擊電壓發(fā)生器和2250kV/1A工頻試驗變壓器對1100kV斷路器或隔離開關的斷口進行各種電壓類型的聯(lián)合電壓試驗。3.2地方性小電流sdcs試驗根據(jù)1100kV電壓等級的相關技術規(guī)范,該電壓等級的隔離開關應進行容性(感性)小電流開合試驗。試驗回路見圖2。對于此試驗項目,難點在于需要大容量試驗變壓器和合適的電容及電感負載,而且變壓器的短路阻抗要盡可能小以降低試驗時的過電壓水平。對于容性小電流試驗,負載可以采用集中式電容器,該電容器除了應具備合適的電容量外,其內(nèi)、外絕緣的水平至少應具備耐受2.0~2.5倍試驗電壓的特種操作過電壓。為了減少隔離開關開、合小電流前后試驗電壓的變化,需要在變壓器的出口并聯(lián)電容器進行電源容量的補償。對于感性小電流試驗,存在的主要問題是采用何種感性負載,如高壓可調(diào)電抗器、變壓器高壓繞組等等。高壓可調(diào)電抗器電流調(diào)節(jié)能力強,但是考慮過電壓的要求,其占用的空間較大;變壓器高壓繞組作為感性負載,最大的缺點是電流調(diào)節(jié)能力差,試驗過程中的過電壓與變壓器的自身特性有關。特高壓等級敞開式隔離開關進行該試驗時,試驗過程中有可能出現(xiàn)很高的過電壓(波形為特種操作波)和很大的電弧,而此過電壓就有可能損壞變壓器的絕緣。因此,對試驗變壓器的絕緣強度和試驗空間的要求非常高。由于沒有進行過此電壓等級下的實際研究,現(xiàn)在還不能確定實際出現(xiàn)過電壓的倍數(shù),也是下一步要進行研究的重點和難點。3.3電源同步配合試驗單閥沖擊試驗包括:單閥操作沖擊試驗(干/濕)、單閥加熱雷電沖擊試驗和單閥加熱陡波沖擊試驗。這3項試驗均需要在施加沖擊電壓前很短的時間內(nèi)對單閥施加一個電壓幅值較低的輔助沖擊電壓或者工頻電壓,用于給晶閘管的控制單元提供儲能。在試驗回路上,就存在多電源同步配合的問題。對于加熱沖擊試驗需要在上述回路的基礎上增加對換流閥加熱的回路,同時考慮晶閘管結溫達到最高溫度至施加沖擊電壓的時間間隔要求很短(毫秒級),致使試驗實施過程中試驗流程控制問題值得關注。根據(jù)已經(jīng)完成的兩臺120kV換流閥絕緣型式試驗和一臺±500kV高壓直流換流閥絕緣型式試驗,對上述問題已經(jīng)有了一定的技術基礎和實踐經(jīng)驗。但是對于測量陡波沖擊的分壓器,要求其額定電壓為1000kV,方波響應時間小于10ns,同時高壓臂阻值不能太小(約8kΩ)。根據(jù)相關理論可知,滿足此技術參數(shù)要求的分壓器在制造上難度非常大。其結構一般采用充油式或充氣式,并且需要進行縱向或橫向補償,以改善其電壓分布的均勻度進而減小測量誤差。目前西高所高電壓試驗室正在和專業(yè)公司聯(lián)合研制滿足陡波測量要求的1000kV電阻分壓器。3.4高壓導線與過渡用均壓環(huán)管安裝試驗進行套管局放測量試驗時施加的電壓最高為1100kV。此試驗的難點在于如何使得試驗回路的背景局放在試驗電壓下滿足要求,采取的措施是將整個試驗回路的高壓導線用直徑400mm的鋁筒連接,過渡連接處采用了雙環(huán)結構(環(huán)外徑為2200mm,內(nèi)徑為1800mm,環(huán)間距為500mm),這樣就保證了回路在試驗電壓下無電暈發(fā)生。試驗采用了串聯(lián)法進行局部放電測量。試驗結果表明,所采用的高壓導線及過渡用均壓環(huán)均滿足特高壓產(chǎn)品實施局放試驗的要求?，F(xiàn)場試驗的照片如圖3,試驗回路見圖4。3.5高壓線路法試驗電壓下無電暈不發(fā)生電暈測量套管的介損和電容量時施加的最高電壓為953kV,試驗時使用的標準電容器額定電壓為1200kV。此試驗的難點同樣在于如何控制回路在試驗電壓下不發(fā)生電暈,最后采用了和局放測量試驗同樣的高壓導線和均壓環(huán),從而保證了回路在試驗電壓下無電暈發(fā)生。測量儀器是2801西林電橋?，F(xiàn)場試驗的照片見圖5,試驗回路見圖6。4試驗器及試驗能力(1)結合特高壓等級電器