保護測試設(shè)備免受過電壓損壞保護器的研制

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）

0 引言

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，遠遠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測試設(shè)備的保護器。

1 過電壓產(chǎn)生原因及保護原理

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)進行保護，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，當儀表兩端電壓達到一個設(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原理圖

2 設(shè)計方案

設(shè)計的保護器既要滿足現(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)電保護電路圖

圖7 變壓器直流電阻測試儀保護電路圖

圖6 為防止感應(yīng)電對測試儀表造成損壞的保護電路圖，A、B、C三相分別連接到被測設(shè)備三相上，在保護電路中每相并聯(lián)兩個阻值高達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，保護回路處于斷開狀態(tài)，當測試儀表出現(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10000 V的高壓。

3 應(yīng)用實效

為了驗證保護器的測試效果，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 保護器感應(yīng)電保護效果

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，有效保護了測試儀表。

圖9 保護器對變壓器繞組過電壓保護效果

4 結(jié)語

通過現(xiàn)場實際測試，該保護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，起到良好的保護作用。同時，該保護器在設(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，為確保保護器的抗震性和防潮性，保護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.