500 kV開關(guān)斷口間并聯(lián)電容器高壓介損問題分析

羅 浪 趙海濤

(湖北省電力公司檢修公司變電檢修中心試驗(yàn)班，湖北 武漢 430050)

500 kV開關(guān)斷口間并聯(lián)電容器高壓介損問題分析

羅 浪 趙海濤

(湖北省電力公司檢修公司變電檢修中心試驗(yàn)班，湖北 武漢 430050)

通過分析某500 kV開關(guān)斷口間并聯(lián)電容器的高壓介損試驗(yàn)結(jié)果，說明了其在例行試驗(yàn)過程中，在10 kV檢測(cè)電壓條件下得出的數(shù)值超標(biāo)主要是因?yàn)槭艿紾arton效應(yīng)的干擾，以至于檢測(cè)數(shù)值比實(shí)際工作電壓條件下的介損數(shù)值高，只有有效避免Garton效應(yīng)的干擾，才能得到準(zhǔn)確反映真實(shí)工作狀態(tài)的結(jié)果，為狀態(tài)診斷提供可靠評(píng)判根據(jù)。

開關(guān)斷口間并聯(lián)電容器；高壓介損；Garton效應(yīng)

0 引言

近年來，我國各地電網(wǎng)在交接及預(yù)防性試驗(yàn)過程中出現(xiàn)了多起在10 kV測(cè)試電壓條件下500 kV敞開式雙斷口斷路器斷口間膜紙和絕緣并聯(lián)電容器復(fù)合，從而導(dǎo)致介損超標(biāo)的現(xiàn)象。盡管花費(fèi)了大量人力、物力更換了電容器，但將其返廠后在額定電壓下進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)介損數(shù)值再次恢復(fù)至合格范圍內(nèi)，這主要是因?yàn)镚arton效應(yīng)干擾介損測(cè)試所致。下面簡要分析500 kV開關(guān)斷口間并聯(lián)電容器的高壓介損問題。

1 高壓介損試驗(yàn)

為了將Garton效應(yīng)的影響降至最低限度，確認(rèn)斷口并聯(lián)電容器的真實(shí)絕緣情況，將該電容器拆下來置于試驗(yàn)大廳中開展高壓介損診斷性試驗(yàn)。首先針對(duì)B相東斷口并聯(lián)電容器實(shí)施高壓介損試驗(yàn)，在整個(gè)試驗(yàn)大廳內(nèi)無強(qiáng)烈電磁干擾，用單頻50 Hz正接線方式開始試驗(yàn)。試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 B相東斷口高壓介損試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)

在試驗(yàn)過程中，斷口并聯(lián)電容器的介損數(shù)值會(huì)隨著試驗(yàn)電壓的升高而顯著下降。如果應(yīng)用膜紙復(fù)合絕緣，再填充有機(jī)合成絕緣油，則斷口并聯(lián)電容器介損數(shù)值和時(shí)間、電壓發(fā)生以下聯(lián)系：(1) 極化現(xiàn)象(時(shí)間)。針對(duì)復(fù)合介質(zhì)，外加電場(chǎng)情況下，各種電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下會(huì)出現(xiàn)夾層極化，且在整個(gè)極化過程中發(fā)生了能量損耗，以至于夾層極板中產(chǎn)生電荷堆積，整個(gè)極化過程非常緩慢[1]。(2) Garton效應(yīng)(電壓)。一般在較低的場(chǎng)強(qiáng)下，電介質(zhì)中的離子不能在半個(gè)周期時(shí)間段內(nèi)從一個(gè)極板跳至另一極板進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。隨著場(chǎng)強(qiáng)的不斷變大，離子通常會(huì)在半個(gè)周期內(nèi)完成所有運(yùn)動(dòng)。在這種情況下介損數(shù)值為峰值，但隨著場(chǎng)強(qiáng)的連續(xù)增加，離子不能穿越固體介質(zhì)，以至于有功功率不會(huì)改變，無功功率不斷增大，減小介損數(shù)值。若電壓升高至電介質(zhì)擊穿放電產(chǎn)生的有功功率，無功功率增加并達(dá)到平衡狀態(tài)，則介損數(shù)值表現(xiàn)為谷值。通過分析可知，斷口并聯(lián)電容器在試驗(yàn)過程中之所以發(fā)生介損值超標(biāo)，很大程度上是受到Garton效應(yīng)的影響[2]。

2 高壓介損試驗(yàn)結(jié)果分析

隨著試驗(yàn)電壓的不斷提升，開關(guān)三相斷口間并聯(lián)電容器介損檢測(cè)所得到的數(shù)值有明顯下降趨勢(shì)。分析檢驗(yàn)結(jié)果可知，三相斷口間并聯(lián)電容器在接近于實(shí)際工作電壓的條件下其介損數(shù)值要比狀態(tài)檢修要求的注意數(shù)值小[3]。三相在10 kV電壓條件下得出的數(shù)值是較高試驗(yàn)電壓條件下介損檢測(cè)所得數(shù)值的數(shù)10倍以上，進(jìn)一步表明開關(guān)三相斷口間并聯(lián)電容器的膜紙復(fù)合絕緣出現(xiàn)了Garton效應(yīng)，以至于檢測(cè)得到的介損數(shù)值高于實(shí)際工作條件下的數(shù)值。高壓介損試驗(yàn)原理如圖1所示。

圖1 高壓介損試驗(yàn)原理圖

開關(guān)斷口間并聯(lián)電容器使用的是膜紙復(fù)合絕緣，電容器油介質(zhì)是有機(jī)合成的絕緣油，從理論角度看膜紙復(fù)合絕緣的電容器介質(zhì)耗損比油紙絕緣電容器要低，并且礦物油介質(zhì)極易溶解出少量雜質(zhì)，具備發(fā)生Garton效應(yīng)的條件。比較分析Garton效應(yīng)試驗(yàn)前后效果可知，絕緣介質(zhì)里面的微小雜質(zhì)在不同電壓條件下的分布結(jié)構(gòu)有所不同。在低測(cè)試電壓條件下，雜質(zhì)會(huì)在介質(zhì)空間游離，極化損耗大，以至于介損檢測(cè)所得的數(shù)值很大，但是在高試驗(yàn)電壓條件下，雜質(zhì)在強(qiáng)烈的電場(chǎng)作用下集中分布在電極兩端，以至于絕緣介質(zhì)空間中分散的雜質(zhì)減少，極化耗損明顯降低[4]，促使介損檢測(cè)得到的數(shù)值隨著試驗(yàn)電壓的不斷提高呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。

根據(jù)以上分析可知，如果在常規(guī)10 kV電壓條件下開展介損試驗(yàn)，一旦發(fā)生介損值超標(biāo)情況，則需考慮是否應(yīng)提升試驗(yàn)電壓重新檢測(cè)。如果在較高的試驗(yàn)電壓條件下介損數(shù)值顯著降低，且明顯低于規(guī)定數(shù)值，則需要合理調(diào)高電壓，在介損數(shù)值大體保持不變的條件下可認(rèn)為出現(xiàn)了Garton效應(yīng)，進(jìn)一步判斷設(shè)備的絕緣情況是否處于最佳狀態(tài)。

如果在10 kV電壓條件下進(jìn)行介損試驗(yàn)，被測(cè)試對(duì)象在連續(xù)幾個(gè)月內(nèi)沒有施加任何電壓，同時(shí)介損數(shù)值超標(biāo)，則對(duì)被測(cè)試對(duì)象需要連續(xù)幾小時(shí)施加高壓，再進(jìn)行常規(guī)10 kV條件下的介損試驗(yàn)，在這種情況下介損數(shù)值如果低于規(guī)定數(shù)值，說明出現(xiàn)了Garton效應(yīng)。為了保證設(shè)備的安全正常運(yùn)行，需要合理縮短檢查周期。

3 狀態(tài)診斷結(jié)論

本次研究中開關(guān)斷口間并聯(lián)電容器在狀態(tài)檢修的試驗(yàn)過程中介損檢測(cè)結(jié)果超標(biāo)，主要是由于Garton效應(yīng)的干擾，以至于在10 kV試驗(yàn)電壓條件下介損檢測(cè)得到的數(shù)值比正常運(yùn)行條件下高。通過深入分析可知，斷口并聯(lián)電容器膜紙復(fù)合絕緣介質(zhì)里有很少一部分雜質(zhì)分布出現(xiàn)改變，但也不能借此判定電容器絕緣油劣化發(fā)展趨勢(shì)，開關(guān)斷口間并聯(lián)電容器在和實(shí)際工作電壓條件趨近的情況下檢測(cè)得到的介損數(shù)值基本合格。

如果開關(guān)斷口間并聯(lián)電容器有Garton效應(yīng)出現(xiàn)，且在10 kV試驗(yàn)電壓條件下檢測(cè)得到的介損數(shù)值較高，則不能精確地提供狀態(tài)診斷的依據(jù)，會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員判斷電容器絕緣狀態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，導(dǎo)致原本合適的電容器可能被當(dāng)作不合格品更換掉，耽誤送電時(shí)間，從而浪費(fèi)設(shè)備投資，進(jìn)一步降低電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性，故采取有效措施降低Garton效應(yīng)的干擾非常重要。應(yīng)準(zhǔn)確、快速地識(shí)別處理現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中發(fā)生的Garton效應(yīng)，如在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)10 kV電壓條件下介損數(shù)值很高，則可實(shí)施高壓介損試驗(yàn)判斷有無Garton效應(yīng)干擾。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用膜紙復(fù)合絕緣斷路器并聯(lián)電容器，而在10 kV電壓條件下介損測(cè)量會(huì)受到Garton效應(yīng)的干擾，且不同電壓條件下介損數(shù)值變化幅度較大，很難真實(shí)地反映出設(shè)備絕緣情況。針對(duì)例行試驗(yàn)時(shí)介損數(shù)值大于規(guī)定數(shù)值的并聯(lián)電容器，需要開展接近額定電壓的高壓介損檢測(cè)，最大限度地減少Garton效應(yīng)的干擾，然后繪制出相對(duì)完整的tanδ—U曲線擬合分析圖表，判斷出并聯(lián)電容器的實(shí)際絕緣情況，以免造成經(jīng)濟(jì)、時(shí)間損失。

[1] 侯杰，謝遠(yuǎn)偉.電力電容器損壞原因與抑制措施研究[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2010(5)

[2] 楊洋，許強(qiáng).對(duì)某500 kV開關(guān)斷口間并聯(lián)電容器的高壓介損診斷及分析[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2011(10)

[3] 陳溫良.電力電容器試驗(yàn)用脈沖電流傳感器的研制與應(yīng)用[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2010(1)

[4] 孫鵬舉.高壓斷路器斷口均壓電容器介質(zhì)損失角增大原因分析及解決措施[J].高壓電器，2009(2)

2014-07-21

羅浪(1975—)，男，湖北武漢人，工程師，研究方向：電氣試驗(yàn)。