一種并聯(lián)電抗器交流耐壓及局部放電試驗(yàn)裝置

晉濤+王天正+俞華+李杰

摘 要：新安裝及運(yùn)行一段時(shí)間檢修后的特高壓一次設(shè)備在投運(yùn)前必須進(jìn)行現(xiàn)場高壓試驗(yàn)。而通過分析計(jì)算現(xiàn)場試驗(yàn)裝置關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，開展高抗現(xiàn)場局部放電及耐壓試驗(yàn)應(yīng)用化研究既有助于特高壓交直流設(shè)備現(xiàn)場診斷的正確性，也可以減少試驗(yàn)時(shí)間，提高特高壓設(shè)備的利用率。通過對高壓并聯(lián)電抗器局部放電檢測技術(shù)的研究，多臺450 kW大功率無局放變頻電源的并聯(lián)輸出倍數(shù)功率使用的實(shí)現(xiàn)，采用GIS氣體變做為勵(lì)磁變壓器，進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終完成“高壓并聯(lián)電抗器局部放電檢測”成套設(shè)備的研制。此套設(shè)備的研制證實(shí)了該方案的合理性。

關(guān)鍵詞：高抗局部放電 并聯(lián)電抗交流耐壓 GIS氣體勵(lì)磁變壓器

中圖分類號：TM47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（a）-0033-03

高壓一次設(shè)備在安裝后因安裝工藝及環(huán)境溫度濕度的影響，在設(shè)備內(nèi)部可能存在潛伏性的絕緣缺陷，若將原有的缺陷設(shè)備投入電力系統(tǒng)運(yùn)行，將導(dǎo)致一次設(shè)備投運(yùn)時(shí)或者運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)生事故，如，設(shè)備損壞、線路跳閘等；同時(shí)，一次設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，受電壓、電流、溫濕度、絕緣老化等因素影響，在設(shè)備中也可能產(chǎn)生潛伏性絕緣缺陷，影響設(shè)備安全運(yùn)行。因此，新安裝及運(yùn)行一段時(shí)間檢修后的一次設(shè)備在投運(yùn)前必須進(jìn)行現(xiàn)場高壓試驗(yàn)，以診斷設(shè)備在運(yùn)輸、安裝過程中是否受到損壞，安裝質(zhì)量是否符合要求，并檢驗(yàn)新安裝及運(yùn)行一段時(shí)間的一次設(shè)備是否滿足安全運(yùn)行的技術(shù)要求。

局部放電檢測是反映設(shè)備絕緣情況的一項(xiàng)重要措施，高抗局部放電試驗(yàn)已經(jīng)開展得非常廣泛，而且技術(shù)非常成熟[1-3]。通過開展高抗現(xiàn)場局部放電及交流耐壓試驗(yàn)實(shí)用化研究，進(jìn)一步提升設(shè)備局部放電現(xiàn)場診斷定位能力，開發(fā)實(shí)用的檢測技術(shù)將有助于特高壓交直流主設(shè)備現(xiàn)場綜合診斷的正確性，保證特高壓設(shè)備的健康水平[4-5]；同時(shí)可減少試驗(yàn)時(shí)間，提高特高壓設(shè)備的利用率。該文通過對一種氣功式直流特高壓放電裝置的研究實(shí)現(xiàn)特高壓交直流工程現(xiàn)場診斷試驗(yàn)?zāi)芰Φ奶嵘?，從而形成現(xiàn)場局部放電及交流耐壓試驗(yàn)實(shí)用化方案。

1 交流高壓耐壓及局部放電試驗(yàn)裝置成套設(shè)備研制主要內(nèi)容

該項(xiàng)目預(yù)期完成“高壓并聯(lián)電抗器局部放電檢測”成套設(shè)備的研制，主要包含以下幾個(gè)部分：解決多臺450 kW大功率無局放變頻電源的并聯(lián)輸出倍數(shù)功率使用；研制塔式或柱式無局放高電壓無局放諧振電容組以及研制無局放諧振電路；GIS氣體勵(lì)磁變壓器。

2 并聯(lián)電抗器交流耐壓及局部放電試驗(yàn)

2.1 高壓并聯(lián)電抗器設(shè)備

采用的并聯(lián)電抗器具體參數(shù)如下：額定容量為240 000 kVar，額定電壓為1 100 kV，額定電流為377.9 A，相數(shù)為單相，工作額定頻率為50 Hz，最高運(yùn)行電壓為kV，工作海拔范圍為小于等于1 000 m，冷卻方式為ONAF，油頂層溫升為55 K，繞組溫升為60 K，噪聲水平為73 dB（A），額定電抗為1 735，峰-峰間振動為49.48，設(shè)備總損耗為375.0 kW。

2.2 無局放變頻電源并機(jī)擴(kuò)容測試

為解決多臺450 kW大功率無局放變頻電源的并聯(lián)輸出倍數(shù)功率使用，2015年8月在蘇州華電電氣股份有限公司本部進(jìn)行2臺450 kW無局放變頻電源并機(jī)輸出2倍功率900 kW負(fù)載試驗(yàn)，試驗(yàn)取得圓滿成功（滿負(fù)載連續(xù)運(yùn)行24 h，見圖1雙并機(jī)負(fù)載試驗(yàn)）。

2015年9月至2016年3月根據(jù)雙并機(jī)負(fù)載試驗(yàn)成功后即進(jìn)行了雙并機(jī)系統(tǒng)搭建及系統(tǒng)全性能調(diào)試試驗(yàn)（見圖2）。

期間主要完成了以下內(nèi)容：變頻電源抗電場干擾能力測驗(yàn)、變頻電源保護(hù)功能測試、變頻電源局放量測驗(yàn)、變頻電源可靠性測驗(yàn)。其中，變頻電源抗電場干擾能力試驗(yàn)具體內(nèi)容是在強(qiáng)電場干擾下，測量精度與控制保護(hù)是否滿足要求。試驗(yàn)裝置要求具有良好的磁屏蔽，元件、引線均采用高導(dǎo)磁材料屏蔽，無空間輻射；變頻電源保護(hù)功能測試包括輸入電壓保護(hù)、橋臂電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、短路（過流）保護(hù)、擊穿閃絡(luò)保護(hù)、零位保護(hù)、功率曲線保護(hù)、掉電保護(hù)、失諧保護(hù)、超溫保護(hù)、功效保護(hù)、冷卻風(fēng)機(jī)聯(lián)動保護(hù)、控制箱全隔離操作安全保護(hù)、運(yùn)輸抗震保護(hù)、輸出電壓限制功能保護(hù)和變頻器過載保護(hù)。變頻電源的可靠性試驗(yàn)包括變頻電源特殊的防震處理、變頻電源散熱措施、選用進(jìn)口器件、篩選功率器件并進(jìn)行老煉處理。功放板現(xiàn)采用專業(yè)的電路板連接電路板連接更加可靠，可通過機(jī)器批量生產(chǎn)，避免人工焊接帶來的虛焊，在大電流工作時(shí)能夠長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，每個(gè)三極管增加了導(dǎo)熱硅脂，增大了散熱面積。

2.3 無局放高壓諧振電容組設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)形式定為塔式或柱式（如圖3）。

計(jì)算諧振電容器。

試驗(yàn)電壓（最高）。

試驗(yàn)頻率（即諧振頻率）：按額定設(shè)計(jì)。

試驗(yàn)電流：It=Utm/ωLr=128.5 A。

電抗器損耗估算（不計(jì)溫度變化影響）。

（1）電抗器額定參數(shù)狀態(tài)下的損耗。

銅損（電阻損耗）：PR=Ir2Rd=3782×1.6 W≈230 kW。

鐵損（鐵心損耗）：P0=P-PR=450-230 kW=220 kW（忽略漏磁損耗）。

（2）試驗(yàn)參數(shù)下的損耗。

銅損（電阻損耗）：PtR=It2Rd=128.52×1.6 W≈26 kW。

鐵損：Pt0=（Utm/Ur）1.8×（ft/fr）1.3-1.8 P0

=1.71.8×5-0.5×220kW=256 kW。

總損耗：Pt=PtR+Pt0=282 kW。

3 GIS結(jié)構(gòu)氣體變主體設(shè)計(jì)

GIS氣體變設(shè)計(jì)的額定容量為400 kVA，其額定輸出電壓為666.7 kV，短時(shí)工頻耐受電壓為800 kV/5 min，輸入電壓為400 V，輸入電流為1 000 A，額定頻率為50 Hz。其絕緣介質(zhì)為SF6氣體，氣體壓力范圍為大于0.45 MPa，阻抗電壓的范圍為小于等于12%，空載電流為小于等于10%，工作制為600 kV電壓下長時(shí)運(yùn)行，電容性負(fù)載為小于等于800 pF，額定負(fù)載下連續(xù)運(yùn)行后線圈對空氣的溫升小于等于65 K，測量繞組為100 V，精度范圍為小于等于2%，其參考外形尺寸如圖4所示。

4 結(jié)語

通過開展高抗現(xiàn)場局部放電及交流耐壓試驗(yàn)實(shí)用化研究，有助于進(jìn)一步提升設(shè)備局部放電現(xiàn)場診斷定位能力，開發(fā)實(shí)用的檢測技術(shù)將有助于特高壓交直流主設(shè)備現(xiàn)場綜合診斷的正確性，保證特高壓設(shè)備的健康水平。特高壓交直流主設(shè)備現(xiàn)場診斷關(guān)鍵技術(shù)（特高壓交直流工程現(xiàn)場診斷試驗(yàn)?zāi)芰μ嵘┲赜诮鉀Q目前特高壓設(shè)備試驗(yàn)診斷工作中存在的主要問題，為特高壓設(shè)備現(xiàn)場診斷提供相關(guān)試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)，有效規(guī)范現(xiàn)場試驗(yàn)過程，縮短現(xiàn)場試驗(yàn)診斷時(shí)間，減少試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)和成本，提高現(xiàn)場試驗(yàn)診斷工作的準(zhǔn)確性，從而為特高壓交直流設(shè)備的安全可靠運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)

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