預(yù)防感應(yīng)電危害的高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性試驗(yàn)輔助裝置的研制

麥榮煥 陳子輝 阮禮駒

摘 要：在停電檢修設(shè)備上產(chǎn)生的強(qiáng)烈感應(yīng)電對(duì)電力檢修人員來(lái)說(shuō)是一種安全隱患。本文介紹了一種用于高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性試驗(yàn)的輔助裝置，利用電容器將感應(yīng)電壓降低至安全范圍，保護(hù)了人員的安全和儀器的完好，同時(shí)不對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)構(gòu)成影響。

關(guān)鍵詞：感應(yīng)電；高壓開(kāi)關(guān)；機(jī)械特性；輔助裝置

0 前言

高壓開(kāi)關(guān)是電力系統(tǒng)中的重要控制設(shè)備，其運(yùn)行可靠性不僅關(guān)系到開(kāi)關(guān)本身，而且影響到其他設(shè)備乃至整個(gè)電網(wǎng)。因此，對(duì)高壓開(kāi)關(guān)的特性進(jìn)行測(cè)試是一項(xiàng)很重要的工作[1]。中國(guó)南方電網(wǎng)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程（Q/CSG114002-2011）》將時(shí)間參量測(cè)試列為SF6開(kāi)關(guān)的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目，體現(xiàn)了該測(cè)試項(xiàng)目的重要性。接地是在停電設(shè)備上工作的最基本的安全防護(hù)措施[2]，然而，目前由于測(cè)試方法和設(shè)備的限制，需要拉開(kāi)開(kāi)關(guān)一側(cè)接地刀閘，從非接地側(cè)進(jìn)行接線，才能進(jìn)行高壓開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性試驗(yàn)。若開(kāi)關(guān)處于強(qiáng)電場(chǎng)中，當(dāng)開(kāi)關(guān)分閘時(shí)，非接地側(cè)將產(chǎn)生極高的感應(yīng)電壓，且傳輸電壓等級(jí)越高，感應(yīng)電壓越大[3]。這時(shí)，人員觸碰到試驗(yàn)接線將會(huì)受到電擊，而過(guò)高的感應(yīng)電壓也經(jīng)常導(dǎo)致測(cè)試儀器的損壞。因此，消除感應(yīng)電的危害和影響，是高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性試驗(yàn)需要解決的難題。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套用于高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性試驗(yàn)的輔助裝置，利用電容器有效地將感應(yīng)電壓降低至安全范圍，既保護(hù)了人員和儀器，又不影響測(cè)試數(shù)據(jù)，從而保證了試驗(yàn)質(zhì)量。

1 輔助裝置的設(shè)計(jì)原理

開(kāi)關(guān)上的感應(yīng)電主要是由靜電感應(yīng)產(chǎn)生，非接地側(cè)引線的感應(yīng)電壓為： （1）[4]。如圖1所示，若在引線上并聯(lián)一只電容器C，則感應(yīng)電壓（2）。由此可見(jiàn)，并聯(lián)的電容器電容值越大，在引線上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓將會(huì)越小。以本局某500kV變電站為例，其500kV開(kāi)關(guān)均為西門(mén)子3AP2F1 雙斷口SF6開(kāi)關(guān)，每個(gè)斷口并聯(lián)一個(gè)均壓電容器。當(dāng)開(kāi)關(guān)分閘時(shí)，非接地側(cè)引線還經(jīng)兩個(gè)均壓電容器串聯(lián)后接地（串聯(lián)后等值電容為Cg），則感應(yīng)電壓（3），并聯(lián)電容器后感應(yīng)電壓為（4）。其中引線對(duì)地分布電容CA由單位電容（F/m）（ε_(tái)0：空氣介電常數(shù)，（F/m）；h：引線離地面高度，m；r：引線半徑，m）[5]乘以引線長(zhǎng)度計(jì)算得出，約為45pF；兩個(gè)斷口均壓電容器串聯(lián)后等效電容值Cg按電容器銘牌計(jì)算，約為1015pF；Uj以500/kV計(jì)算。利用電容分壓器在多臺(tái)500kV開(kāi)關(guān)非接地側(cè)引線上測(cè)得的感應(yīng)電壓在3000-9300V之間。為保證一定的裕度，以U=15000V進(jìn)行計(jì)算，代入式（3），計(jì)算得出CLA=58pF。考慮到人體的安全電壓和儀器大部分電子元件的絕緣水平，感應(yīng)電壓U應(yīng)限制在12V以下。以U=12V計(jì)算，將上述數(shù)值代入式（4）后，計(jì)算得出C=1.4μF。所以當(dāng)并聯(lián)的電容器C≥1.4μF時(shí)，感應(yīng)電壓將降低至12V以下。

由于高壓開(kāi)關(guān)綜合測(cè)試儀是從信號(hào)采樣線輸出一個(gè)直流6V的工作電壓，來(lái)檢測(cè)開(kāi)關(guān)的分、合閘時(shí)間和不同期性，因此，利用電容器對(duì)直流隔斷的作用，與儀器的A、B、C三相信號(hào)采樣線分別并聯(lián)一個(gè)電容器，并不會(huì)對(duì)測(cè)試構(gòu)成影響。輔助裝置的設(shè)計(jì)，就是利用電容器能降低感應(yīng)電壓且隔斷直流的原理制成。

2 輔助裝置的設(shè)計(jì)方案

根據(jù)上述的計(jì)算，我們?cè)O(shè)計(jì)出一套用于預(yù)防感應(yīng)危害的高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性試驗(yàn)輔助裝置（圖2）。裝置設(shè)計(jì)為A、B、C三相，每相均并聯(lián)一只電容器C、一只電壓表V和一只浪涌保護(hù)器SPD。以上元件的規(guī)格型號(hào)在市面上較為普遍，容易購(gòu)得。由于直接接地是最可靠的防護(hù)措施，因此，裝置設(shè)計(jì)并聯(lián)一把三極閘刀開(kāi)關(guān)QS，當(dāng)僅進(jìn)行試驗(yàn)接線而未進(jìn)行測(cè)試時(shí)，合上閘刀開(kāi)關(guān)使引線直接接地。當(dāng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，拉開(kāi)閘刀開(kāi)關(guān)，使電容器逐漸充電起作用，避免強(qiáng)烈感應(yīng)電對(duì)電容器的突然沖擊。電容器限制感應(yīng)電壓在12V以下，電壓表進(jìn)行電壓的監(jiān)測(cè)。如果某相由于電容器故障或斷線造成開(kāi)路，該相回路將會(huì)恢復(fù)極高的感應(yīng)電壓，從而對(duì)人員和儀器可能造成傷害。為防止這種潛在危險(xiǎn)的發(fā)生，在每相中并聯(lián)一只浪涌保護(hù)器。當(dāng)電壓高于12V時(shí)，浪涌保護(hù)器動(dòng)作，將感應(yīng)電泄流下地，從而保證人身和儀器的安全。

3 輔助裝置的使用說(shuō)明

使用輔助裝置來(lái)降低高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性試驗(yàn)時(shí)的感應(yīng)電壓，先將輔助裝置的接地端子可靠接地，合上三極閘刀開(kāi)關(guān)，將測(cè)試儀器的A、B、C三條信號(hào)線對(duì)應(yīng)接入輔助裝置的A、B、C三個(gè)接線端子，然后將測(cè)試儀器的A、B、C三條信號(hào)線分別對(duì)應(yīng)掛上開(kāi)關(guān)的非接地側(cè)引線，此時(shí)沿信號(hào)線引下的感應(yīng)電通過(guò)三極閘刀開(kāi)關(guān)直接下地。拉開(kāi)三極閘刀開(kāi)關(guān)，電容器起作用，將感應(yīng)電壓降低至12V以下，電壓表進(jìn)行電壓監(jiān)測(cè)，此時(shí)可進(jìn)行開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性試驗(yàn)。若某相由于電容器故障或斷線造成開(kāi)路，該相回路將會(huì)恢復(fù)極高的感應(yīng)電壓，而一旦高于12V，浪涌保護(hù)器將動(dòng)作，將感應(yīng)電泄流下地，保證人身和儀器的安全。試驗(yàn)結(jié)束后，合上三極閘刀開(kāi)關(guān)，再拆除開(kāi)關(guān)上的信號(hào)線和試驗(yàn)儀器的相關(guān)接線。

4 結(jié)論

高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性試驗(yàn)產(chǎn)生的高感應(yīng)電壓會(huì)對(duì)試驗(yàn)人員和測(cè)試儀器造成傷害。輔助裝置并聯(lián)接入測(cè)試回路后能有效地降低感應(yīng)電壓，且接入的電容值越大，感應(yīng)電壓越低。由于并聯(lián)的電容器電容值C遠(yuǎn)大于引線對(duì)地分布電容CA和開(kāi)關(guān)斷口均壓電容Cg，所以CA和Cg所起的降壓作用可以忽略不計(jì)。也就是說(shuō)，輔助裝置同樣適用于不同長(zhǎng)短引線和沒(méi)有斷口均壓電容的高壓開(kāi)關(guān)。

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作者簡(jiǎn)介：麥榮煥（1981—），男，廣東鶴山人，工程師、技師，研究方向：高壓電氣試驗(yàn)。