黃道文
(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名供電局,廣東 茂名525000)
在電力系統(tǒng)中,220 kV及以上電壓等級的接線場,由于帶電設(shè)備運(yùn)行電壓較高,會對附近停電設(shè)備產(chǎn)生感應(yīng)電,電壓可達(dá)3 kV甚至更高,停電的電力設(shè)備試驗項目中部分試驗項目需要拉開設(shè)備的地刀,導(dǎo)致感應(yīng)電入侵測試儀表,而普通測試儀表的耐受能力僅為2 kV左右,無法承受如此高的感應(yīng)電,容易因此損壞。在220 kV及以上電壓等級的變壓器直流電阻試驗中,變壓器繞組中通過的測試電流達(dá)5~30 A,由于主變繞組電感較大,若測試儀表突然失電,主變繞組會感應(yīng)出非常高的電壓,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過測試儀器的承受能力,導(dǎo)致直流電阻測試儀燒損。由于我公司相關(guān)測試設(shè)備在較高電壓等級的試驗現(xiàn)場多次損壞,因此很有必要設(shè)計一種在過電壓情況下保護(hù)測試設(shè)備的保護(hù)器。
感應(yīng)電產(chǎn)生的原因是帶電設(shè)備通過阻抗分壓導(dǎo)致不帶電設(shè)備帶電,圖1為帶電設(shè)備和停電設(shè)備示意圖,圖2為停電設(shè)備產(chǎn)生感應(yīng)電壓原理圖,Z1為帶電設(shè)備與停電設(shè)備之間的阻抗,Z2為停電設(shè)備的絕緣和設(shè)備對地電容產(chǎn)生的容抗并聯(lián)而成的阻抗,感應(yīng)電即U2=Z2/(Z1+Z2)×U,由于正常情況下Z2<<Z1,所以U2<<U,根據(jù)感應(yīng)電產(chǎn)生原因可以對停電設(shè)備并聯(lián)一低阻抗R(確保所加電阻不影響測試結(jié)果),利用其阻抗值降低過電壓,如圖3所示。
圖1 帶電設(shè)備和停電設(shè)備示意圖
圖2 停電設(shè)備感應(yīng)電產(chǎn)生原理圖
圖3 降低感應(yīng)電的解決方案
在主變直流電阻測試(圖4)中,主變繞組通過的電流高達(dá)5~30 A,在正常情況下回路充放電緩慢,所以過電壓都在儀器承受范圍內(nèi),當(dāng)儀器發(fā)生故障或外部電源被誤切斷時,主變繞組電流瞬間發(fā)生巨大變化,感應(yīng)出非常高的電壓,會導(dǎo)致測試儀器損壞,所以在儀表發(fā)生失電或其他原因?qū)е碌妮敵龉收蠒r,需要及時對儀表的測試系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù),避免測試系統(tǒng)的損壞。解決方案為在儀表兩端并聯(lián)一回路,當(dāng)儀表兩端電壓達(dá)到一個設(shè)定值時回路接通,保持電感電流的正常流動,避免產(chǎn)生過電壓(圖5)。
圖4 直流電阻測試原理示意圖
圖5 直流電阻測試儀過壓保護(hù)原理圖
設(shè)計的保護(hù)器既要滿足現(xiàn)場功能應(yīng)用,又要在現(xiàn)場復(fù)雜的情況下正常工作,需做好絕緣處理,其設(shè)計圖如圖6和圖7所示。
圖6 設(shè)備感應(yīng)電保護(hù)電路圖
圖7 變壓器直流電阻測試儀保護(hù)電路圖
圖6 為防止感應(yīng)電對測試儀表造成損壞的保護(hù)電路圖,A、B、C三相分別連接到被測設(shè)備三相上,在保護(hù)電路中每相并聯(lián)兩個阻值高達(dá)20 kΩ的電阻,電阻容量為50 W,高感應(yīng)電在接入該系統(tǒng)后通過大功率電阻得到顯著降低,從而起到了保護(hù)測試設(shè)備的效果。
圖7 為防止變壓器直流電阻試驗過程中產(chǎn)生的過電壓對測試設(shè)備造成損害的電路圖,在該保護(hù)回路中并入了大容量的TVS管,在正常測試中,儀表兩端的電壓僅有幾伏,保護(hù)回路處于斷開狀態(tài),當(dāng)測試儀表出現(xiàn)失電或其他故障導(dǎo)致的測試回路斷開時,變壓器繞組中的電流會通過該系統(tǒng)自動導(dǎo)通,保持測試回路的電流處于導(dǎo)通狀態(tài),避免產(chǎn)生高達(dá)10000 V的高壓。
為了驗證保護(hù)器的測試效果,在500 kV停電設(shè)備不接地的情況下,分別測試保護(hù)器加入前和加入后停電設(shè)備上的感應(yīng)電壓值,結(jié)果如表1、圖8所示。
表1 停電設(shè)備感應(yīng)電壓值測試結(jié)果
圖8 保護(hù)器感應(yīng)電保護(hù)效果
在變壓器直流電阻測試中,我們模擬了測試過程中儀表失電的情況,在測試中突然斷開直流電阻測試儀的刀閘,測試的現(xiàn)場過電壓波形如圖9所示,在1 ms內(nèi),過電壓從10000 V瞬間降低到幾十伏,有效保護(hù)了測試儀表。
圖9 保護(hù)器對變壓器繞組過電壓保護(hù)效果
通過現(xiàn)場實際測試,該保護(hù)器能有效防止變電站現(xiàn)場感應(yīng)電、變壓器繞組反沖電這兩種高壓設(shè)備試驗現(xiàn)場常遇見的過電壓對測試儀表的損壞,起到良好的保護(hù)作用。同時,該保護(hù)器在設(shè)計上采取了絕緣隔離措施,避免了可能的漏電對人員的傷害,為確保保護(hù)器的抗震性和防潮性,保護(hù)器配備了完備的緩沖措施和密封措施,能夠全天候、各種工況下使用。
[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ):模擬部分[M].5版.北京:高等教育出版社,2007.
[2]文遠(yuǎn)芳.高電壓技術(shù)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2001.
[3]胡啟范.變壓器試驗技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2010.