西高壓電器設(shè)備絕緣試驗(yàn)技術(shù)探討

西高壓電器設(shè)備絕緣試驗(yàn)技術(shù)探討

0特高壓電器設(shè)備的絕對對待隨著中國第一個(gè)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(guān)、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(shí)驗(yàn)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(yàn)電壓高,如雙柱垂直開啟隔離開關(guān)分閘時(shí)最大尺寸達(dá)到了12.35m(長)×23.79m(高),GIS一個(gè)間隔的最大尺寸達(dá)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(yàn),對試驗(yàn)大廳的空間尺寸和電壓發(fā)生設(shè)備及測量裝置均有很高的技術(shù)要求,如隔離開關(guān)開合容性、感性小電流試驗(yàn)時(shí)使用的試驗(yàn)變壓器、測量介質(zhì)損耗及電容量時(shí)使用的標(biāo)準(zhǔn)電容器、測量局部放電或無線電干擾時(shí)使用的耦合電容器、直流換流閥單閥陡波沖擊試驗(yàn)時(shí)使用的陡波分壓器等等。由此看來,要按照標(biāo)準(zhǔn)要求實(shí)施特高壓電器設(shè)備的絕緣試驗(yàn),無論是對試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)空間尺寸、試驗(yàn)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(yàn)室實(shí)施特高壓電器設(shè)備絕緣試驗(yàn)的情況及存在的問題進(jìn)行介紹,并且針對幾個(gè)難度較大的試驗(yàn)項(xiàng)目的試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)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(shè)備的絕緣試驗(yàn)和相關(guān)試驗(yàn)?zāi)芰ξ鞲咚鶎?shí)施特高壓電器設(shè)備絕緣試驗(yàn)及相關(guān)試驗(yàn)的能力見表3。3一些關(guān)于特高壓絕緣試驗(yàn)的技術(shù)討論3.1試驗(yàn)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(guān)技術(shù)規(guī)范,應(yīng)采取聯(lián)合電壓的試驗(yàn)方法對斷路器或隔離開關(guān)的斷口進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)施工頻耐受電壓試驗(yàn)時(shí),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(shí)施雷電(操作)沖擊耐受電壓時(shí),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(yàn)回路見圖1。此試驗(yàn)的難點(diǎn)在于斷口絕緣擊穿時(shí)如何保護(hù)試驗(yàn)變壓器的絕緣不受損壞。因?yàn)樵囼?yàn)時(shí)一旦被試開關(guān)斷口擊穿,試驗(yàn)變壓器將承受一個(gè)幅值和陡度都很高的沖擊電壓。此時(shí)工頻系統(tǒng)的保護(hù)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(yàn)變壓器在設(shè)計(jì)時(shí)并不會考慮此種工況,因此需要采取措施來保護(hù)變壓器,可采取外部回路保護(hù)或有針對性地加強(qiáng)變壓器的內(nèi)部絕緣。但筆者認(rèn)為后者應(yīng)該是研究重點(diǎn)。西高所目前正在結(jié)合特高壓廳的建設(shè)準(zhǔn)備進(jìn)行此方面的研究工作。研究的步驟如下:(1)建立工頻試驗(yàn)變壓器電磁模擬成套試驗(yàn)設(shè)備,研究在陡波沖擊電壓作用下工頻試驗(yàn)變壓器內(nèi)部的波過程,研究工頻試驗(yàn)變壓器的耐沖擊結(jié)構(gòu)。(2)建立包括斷口電容鏈型回路和試驗(yàn)變壓器、保護(hù)電阻、電容分壓器等在內(nèi)的數(shù)學(xué)物理模型,對聯(lián)合電壓的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過程進(jìn)行分析和測量,研究各種外部保護(hù)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(yàn)變壓器、450~900kV沖擊電壓發(fā)生器和開關(guān)斷口等的物理模型,進(jìn)行實(shí)際聯(lián)合電壓試驗(yàn)和各種外部保護(hù)措施的考核。(4)在完成步驟(1)~(3)模型試驗(yàn)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(yàn)變壓器對1100kV斷路器或隔離開關(guān)的斷口進(jìn)行各種電壓類型的聯(lián)合電壓試驗(yàn)。3.2地方性小電流sdcs試驗(yàn)根據(jù)1100kV電壓等級的相關(guān)技術(shù)規(guī)范,該電壓等級的隔離開關(guān)應(yīng)進(jìn)行容性(感性)小電流開合試驗(yàn)。試驗(yàn)回路見圖2。對于此試驗(yàn)項(xiàng)目,難點(diǎn)在于需要大容量試驗(yàn)變壓器和合適的電容及電感負(fù)載,而且變壓器的短路阻抗要盡可能小以降低試驗(yàn)時(shí)的過電壓水平。對于容性小電流試驗(yàn),負(fù)載可以采用集中式電容器,該電容器除了應(yīng)具備合適的電容量外,其內(nèi)、外絕緣的水平至少應(yīng)具備耐受2.0~2.5倍試驗(yàn)電壓的特種操作過電壓。為了減少隔離開關(guān)開、合小電流前后試驗(yàn)電壓的變化,需要在變壓器的出口并聯(lián)電容器進(jìn)行電源容量的補(bǔ)償。對于感性小電流試驗(yàn),存在的主要問題是采用何種感性負(fù)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(qiáng),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(fù)載,最大的缺點(diǎn)是電流調(diào)節(jié)能力差,試驗(yàn)過程中的過電壓與變壓器的自身特性有關(guān)。特高壓等級敞開式隔離開關(guān)進(jìn)行該試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)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(yàn)變壓器的絕緣強(qiáng)度和試驗(yàn)空間的要求非常高。由于沒有進(jìn)行過此電壓等級下的實(shí)際研究,現(xiàn)在還不能確定實(shí)際出現(xiàn)過電壓的倍數(shù),也是下一步要進(jìn)行研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。3.3電源同步配合試驗(yàn)單閥沖擊試驗(yàn)包括:單閥操作沖擊試驗(yàn)(干/濕)、單閥加熱雷電沖擊試驗(yàn)和單閥加熱陡波沖擊試驗(yàn)。這3項(xiàng)試驗(yàn)均需要在施加沖擊電壓前很短的時(shí)間內(nèi)對單閥施加一個(gè)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(yàn)回路上,就存在多電源同步配合的問題。對于加熱沖擊試驗(yàn)需要在上述回路的基礎(chǔ)上增加對換流閥加熱的回路,同時(shí)考慮晶閘管結(jié)溫達(dá)到最高溫度至施加沖擊電壓的時(shí)間間隔要求很短(毫秒級),致使試驗(yàn)實(shí)施過程中試驗(yàn)流程控制問題值得關(guān)注。根據(jù)已經(jīng)完成的兩臺120kV換流閥絕緣型式試驗(yàn)和一臺±500kV高壓直流換流閥絕緣型式試驗(yàn),對上述問題已經(jīng)有了一定的技術(shù)基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。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(yīng)時(shí)間小于10ns,同時(shí)高壓臂阻值不能太小(約8kΩ)。根據(jù)相關(guān)理論可知,滿足此技術(shù)參數(shù)要求的分壓器在制造上難度非常大。其結(jié)構(gòu)一般采用充油式或充氣式,并且需要進(jìn)行縱向或橫向補(bǔ)償,以改善其電壓分布的均勻度進(jìn)而減小測量誤差。目前西高所高電壓試驗(yàn)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(dǎo)線與過渡用均壓環(huán)管安裝試驗(yàn)進(jìn)行套管局放測量試驗(yàn)時(shí)施加的電壓最高為1100kV。此試驗(yàn)的難點(diǎn)在于如何使得試驗(yàn)回路的背景局放在試驗(yàn)電壓下滿足要求,采取的措施是將整個(gè)試驗(yàn)回路的高壓導(dǎo)線用直徑400mm的鋁筒連接,過渡連接處采用了雙環(huán)結(jié)構(gòu)(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(yàn)電壓下無電暈發(fā)生。試驗(yàn)采用了串聯(lián)法進(jìn)行局部放電測量。試驗(yàn)結(jié)果表明,所采用的高壓導(dǎo)線及過渡用均壓環(huán)均滿足特高壓產(chǎn)品實(shí)施局放試驗(yàn)的要求?，F(xiàn)場試驗(yàn)的照片如圖3,試驗(yàn)回路見圖4。3.5高壓線路法試驗(yàn)電壓下無電暈不發(fā)生電暈測量套管的介損和電容量時(shí)施加的最高電壓為953kV,試驗(yàn)時(shí)使用的標(biāo)準(zhǔn)電容器額定電壓為1200kV。此試驗(yàn)的難點(diǎn)同樣在于如何控制回路在試驗(yàn)電壓下不發(fā)生電暈,最后采用了和局放測量試驗(yàn)同樣的高壓導(dǎo)線和均壓環(huán),從而保證了回路在試驗(yàn)電壓下無電暈發(fā)生。測量儀器是2801西林電橋?，F(xiàn)場試驗(yàn)的照片見圖5,試驗(yàn)回路見圖6。4試驗(yàn)器及試驗(yàn)?zāi)芰?1)結(jié)合特高壓等級電器