800 kV特高壓換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)局部放電試驗(yàn)技術(shù)研究

吳夢(mèng)凡　左干清　鄺建榮

摘 要：在交流或者直流試驗(yàn)電壓背景下，局部放電的水平是對(duì)特高壓換流變壓器是否具備可靠的絕緣性進(jìn)行評(píng)估非常重要的指標(biāo)，由于外部電磁可能會(huì)產(chǎn)生一定干擾進(jìn)而影響到結(jié)果，造成這一指標(biāo)不能得到準(zhǔn)確判定。對(duì)于這一問題，有專家提出了進(jìn)行局部放電來測(cè)量干擾的測(cè)量方法，即特高頻（UHF ）旁路法，并且將它運(yùn)用在了800 kV換流變壓器出廠的測(cè)驗(yàn)當(dāng)中。借助這一技術(shù)，可以非常準(zhǔn)確地對(duì)通訊設(shè)備以及其他設(shè)備產(chǎn)生的感染進(jìn)行識(shí)別，進(jìn)而借助UFH建波脈沖所具備的分布特征，識(shí)別多種干擾。文章將就楚穗直流（云南楚雄至廣東廣州）±800 kV直流輸電工程換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)局部放電試驗(yàn)進(jìn)行討論，為日后換流變壓器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)局放提供了非常有價(jià)值的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：800 kV特高壓；換流變壓器；局部放電實(shí)驗(yàn)；研究

中圖分類號(hào)：TM723 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）29-0010-02

換流變壓器對(duì)技術(shù)要求比較高，同時(shí)制造工藝也十分復(fù)雜，因此進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)局放的難度也非常大。在當(dāng)前的社會(huì)環(huán)境下，換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)局放進(jìn)行技術(shù)性調(diào)研對(duì)我國直流工程施工有非常重要的意義，同時(shí)也是保證直流工程能夠如期投入使用的一項(xiàng)重要因素。本研究將從實(shí)際出發(fā)，進(jìn)行全方位的探究，以此來提升換流變壓器局放試驗(yàn)的可靠性和準(zhǔn)確性。

1 楚穗直流（云南楚雄至廣東廣州）±800 kV直流輸 電工程情況概述

楚穗直流（云南楚雄至廣東廣州）±800 kV直流輸電工程（下文簡(jiǎn)稱"楚穗直流"）額定電壓為±800 kV，額定輸電容量500萬kV。該工程從云南省楚雄州祿豐縣開始，終止于廣州市增城市，整條線路長(zhǎng)度近1 400 km，線路途經(jīng)云南省、廣西省、廣東省三個(gè)區(qū)域。該工程是“十一五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，同時(shí)也是特高壓直流輸電示范工程，2006年開工建設(shè)，2010年投產(chǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 選擇合理的加壓方式

通常在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)當(dāng)中，比較常用的加壓方式包括以下兩種，即單邊獨(dú)立加壓以及對(duì)稱共同加壓。其中單邊獨(dú)立加壓指的是把換流變壓器的閥側(cè)繞組其中一段與地線相接，另外一段則承受在本次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中全部的電壓，實(shí)驗(yàn)需要借助中間變壓器來完成。對(duì)稱共同加壓則指將實(shí)驗(yàn)中的全部電壓都施加在換流變壓器的閥側(cè)繞組兩端，將兩臺(tái)用于實(shí)驗(yàn)的變壓器進(jìn)行對(duì)稱接線，取中間與地線相連。為了降低干擾，方便運(yùn)輸，選擇對(duì)稱共同加壓方式。

2.2 選擇合適的試驗(yàn)電源

通常在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中比較常用的試驗(yàn)電源包括以下兩種，即中頻電動(dòng)機(jī)到發(fā)電機(jī)組、變頻電源。其中中頻發(fā)電機(jī)到發(fā)電機(jī)組移動(dòng)方便，整體來看性能穩(wěn)定，但是發(fā)電機(jī)在某些容性情況下比較容易出現(xiàn)自激反應(yīng)，造成電壓失控；而變頻電源可以調(diào)節(jié)輸出頻率，但是對(duì)技術(shù)要求比較高，設(shè)備整體也比較精密，難易承受長(zhǎng)期工作。綜上，選擇使用中頻發(fā)電機(jī)到發(fā)電機(jī)組，但是需要設(shè)計(jì)防范電路，避免自激。

2.3 選擇實(shí)驗(yàn)頻率

由于當(dāng)前的客觀環(huán)境，我國生產(chǎn)的機(jī)組都比較適應(yīng)250 Hz，而且使用經(jīng)驗(yàn)也非常成熟，由此綜合來看選擇250 Hz的中頻發(fā)電機(jī)組比較經(jīng)濟(jì)且實(shí)用。

3 實(shí)驗(yàn)裝置及參數(shù)預(yù)判

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置

結(jié)合實(shí)際，換流變壓器用于現(xiàn)場(chǎng)局放實(shí)驗(yàn)的裝置中主要包括：中頻發(fā)電機(jī)組、中間變壓器、補(bǔ)償電抗器以及局放檢測(cè)系統(tǒng)、紫外線成像系統(tǒng)、超聲波局放定位系統(tǒng)等。

發(fā)電機(jī)組的輸出電壓在0～1 200 V之間，頻率設(shè)置250 Hz的標(biāo)準(zhǔn)波。發(fā)電機(jī)內(nèi)部自帶防自激開關(guān)，電壓在安全范圍內(nèi)不會(huì)觸發(fā)，一旦輸出電壓超過這個(gè)范圍，發(fā)電機(jī)可以立刻自動(dòng)關(guān)閘。

中間變壓器使用無局放的設(shè)計(jì)方式，并且通過有效手段來對(duì)低壓側(cè)的放電進(jìn)行一定的干擾隔離，同時(shí)，補(bǔ)償電抗器需要使用油浸式的結(jié)構(gòu)，以便補(bǔ)油和排氣，同時(shí)電抗器之間可以進(jìn)行任意的組合，以便補(bǔ)償配置的順暢進(jìn)行。

運(yùn)用超聲波局放定位，并以此來對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行判別輔助，同時(shí)識(shí)別變壓器內(nèi)的局放信號(hào)。運(yùn)用紫外線呈現(xiàn)來對(duì)實(shí)驗(yàn)回路、設(shè)備、環(huán)境電暈情況等進(jìn)行檢測(cè)，消除對(duì)不必要的干擾。

3.2 參數(shù)預(yù)判

借助發(fā)電機(jī)組來對(duì)變壓器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，此時(shí)變壓器呈現(xiàn)容性，很可能造成發(fā)電機(jī)啟動(dòng)自激反應(yīng)，因此此時(shí)需要調(diào)節(jié)負(fù)載補(bǔ)償?shù)礁行浴?/p>

①預(yù)判變壓器的容性電流量繞組對(duì)地線的電容估計(jì)值約為21 000 pF以及9 000 pF。按照以下公式進(jìn)行計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)在不同的電壓下變壓器的電容電流可能會(huì)發(fā)生變化：

Ic=2？仔fC'10Us

f是在實(shí)驗(yàn)過程中的電源頻率，即250 Hz；C'10則是閥側(cè)電容，單位pF；Us則是試驗(yàn)電壓，單位kV。

②預(yù)判補(bǔ)償電抗器的補(bǔ)償容量針對(duì)Y/△換流變壓器來說，現(xiàn)場(chǎng)局放實(shí)驗(yàn)使用的是對(duì)稱共同加壓，因此需要借助補(bǔ)償電抗器來對(duì)兩側(cè)進(jìn)行雙邊補(bǔ)償，在閥側(cè)分別使用三臺(tái)電抗器（注：175 kVA/35 kV）進(jìn)行串聯(lián)，在不同的電壓下，補(bǔ)償電抗器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)碾娏髁恳膊槐M相同；而針對(duì)Y/Y換流變壓器來說，現(xiàn)場(chǎng)局放實(shí)驗(yàn)使用的是單邊加壓，因此需要借助補(bǔ)償電流器來對(duì)單側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，在閥側(cè)使用四臺(tái)電抗器（注：350 kVA/35 kV）進(jìn)行串聯(lián)，在不同的電壓下，補(bǔ)償電抗器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)碾娏饕廊挥凶兓?/p>

③電壓不同變壓器損耗以及有功電流的估算對(duì)于在250 Hz環(huán)境下，變壓器可能出現(xiàn)的有功損耗以及電流進(jìn)行估算的公式如下所示：

Ps=（（Us/UN）（fN/f））1.9x（f/fN）1.6xP0

IRa=Ps/Us.

在本方程式中，Us指的是試驗(yàn)電壓值，單位kV；fs指的是實(shí)驗(yàn)的電源頻率，即250 Hz；P0指的是在50 Hz的時(shí)候換流變空載的損耗，單位kW；Ps指的是在250Hz的時(shí)候換流變空載的損耗，單位kw；IRa指的是有功電流，單位為A；UN指的是額定電壓，單位為kV；fN指的是額定頻率，單位為Hz。

在不同的電壓環(huán)境下，變壓器的有功損耗量以及電流量都有所區(qū)別。

4 實(shí)行抗干擾的措施以及干擾識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用

4.1 干擾原因以及實(shí)行抗干擾的措施必要性

通常對(duì)局放測(cè)量造成干擾的主要來源包括以下幾種：

①在加壓實(shí)驗(yàn)的回路設(shè)備外部進(jìn)行放電；②在加壓實(shí)驗(yàn)的回路設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行放電；③在加壓實(shí)驗(yàn)的回路存在多點(diǎn)連接地線二形成的干擾；④在換流變壓器的網(wǎng)側(cè)以及閥側(cè)的高壓套管頂部存在一些懸浮物而形成的放電；⑤在設(shè)備周圍存在帶電設(shè)備，借助空間電磁產(chǎn)生干擾作用；⑥實(shí)驗(yàn)環(huán)境中存在電焊機(jī)以及電機(jī)，在啟動(dòng)過程中形成的干擾。綜上所述，對(duì)局放造成干擾的因素是很多的，盡管在大多數(shù)情況下，局部放電都是比較快速的過程，但是比起其他類型的電氣試驗(yàn)來說，它又是相對(duì)弱電的現(xiàn)象，加上很多干擾因素總是不經(jīng)意間出現(xiàn)的，假如很多干擾信號(hào)同時(shí)進(jìn)到回路當(dāng)中，可能會(huì)對(duì)測(cè)量造成比較大的阻礙。尤其是一旦有個(gè)別干擾信號(hào)無論是在幅值還是密度上都比變壓器本身的信號(hào)要大，可能會(huì)直接造成結(jié)果的偏差。因此，必須通過有效的措施來控制干擾因素。

4.2 干擾識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用

針對(duì)不同的干擾因素對(duì)放電的影響，可以選擇調(diào)整施工的時(shí)間來進(jìn)行錯(cuò)時(shí)施工、在試驗(yàn)中實(shí)行回路單點(diǎn)接地線的方式、選擇最理想的均壓環(huán)等。通常常規(guī)檢測(cè)的方法不能在最大程度上將電暈的強(qiáng)度進(jìn)行量化以及不能進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確識(shí)別以及防范干擾源，工作壓力非常大。因此為了保證局放實(shí)驗(yàn)的順利運(yùn)作，對(duì)設(shè)備以及換流變壓器的情況進(jìn)行隨時(shí)的掌握以及控制，需要采取很多有效的新型手段。①紫外線成像由于電暈在放電的過程當(dāng)中會(huì)釋放一定的紫外線，而紫外線成像技術(shù)則正是利用了這一特性，并且這種技術(shù)非常適合檢測(cè)局放實(shí)驗(yàn)當(dāng)中電暈的狀態(tài)，使用價(jià)值非常高。②超寬頻帶識(shí)別這種技術(shù)可以很好地識(shí)別在局放環(huán)境當(dāng)中存在的噪聲干擾以及電暈放電等類型，同時(shí)還能夠區(qū)別防電信號(hào)來自工頻還是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的內(nèi)部。③超聲定位在換流變壓器進(jìn)行局放實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，這種技術(shù)能夠?qū)?shí)驗(yàn)的設(shè)備以及回路等進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，隨時(shí)觀察設(shè)備的狀況是否有異常，對(duì)于換流變壓器的絕緣起到了很好的輔助作用。在實(shí)際使用中，這種技術(shù)通常會(huì)和電測(cè)法以及油色譜分析法相結(jié)合，共同進(jìn)行科學(xué)的診斷。④電磁場(chǎng)分析在換流變壓器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)局放的過程中，很多設(shè)備都可能會(huì)對(duì)這之中的電磁場(chǎng)分布產(chǎn)生不同程度的影響，他們中有一部分可以忽略不計(jì)，但是有一部分可能會(huì)對(duì)準(zhǔn)確性造成極大的影響，因此，借助計(jì)算機(jī)來進(jìn)行電磁場(chǎng)輔助計(jì)算的辦法不但準(zhǔn)確，而且還具有極強(qiáng)的實(shí)用性，在其他的工程領(lǐng)域也有很高的應(yīng)用價(jià)值。

5 研究意義總結(jié)

通過楚穗直流（云南楚雄至廣東廣州）±800 kV直流輸電工程換流變壓器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)局放，我們可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)意義：首先，在換流變壓器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)局放實(shí)驗(yàn)的過程中，需要采用對(duì)稱共同加壓以及單邊獨(dú)立加壓相融合的方式，需要考慮是否有比必要對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備中單體容量以及體積進(jìn)行調(diào)節(jié)以便于進(jìn)行運(yùn)輸：此處可以認(rèn)為，Y/△換流變壓器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)局放時(shí)選擇對(duì)稱同時(shí)加壓；而Y/Y換流變壓器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)局放的時(shí)候則要選擇單邊獨(dú)立加壓的形式。

進(jìn)行換流變壓器局放實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，所使用的試驗(yàn)電源最好是中頻發(fā)電機(jī)以及發(fā)電機(jī)組聯(lián)系這樣的方式，因?yàn)檫@一系統(tǒng)運(yùn)輸移動(dòng)起來十分方便，實(shí)驗(yàn)波形也比較好、性能十分穩(wěn)定，還有其本身具有非常好的低局放，可以與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)需要的要求一一符合。

進(jìn)行換流變壓器局放實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，使用了紫外線成像、超聲波定位以及寬頻在線檢測(cè)等多種不同類型的新技術(shù)來對(duì)干擾來源進(jìn)行分析，之后借助有效措施來防范干擾帶來的影響，因此保證局放實(shí)驗(yàn)具有高度的有效性。

針對(duì)這次實(shí)驗(yàn)，從研究當(dāng)中得到了十分清晰的結(jié)果，同時(shí)也給未來的換流變壓器局放實(shí)驗(yàn)帶來了可靠的理論依據(jù)以及提供制定標(biāo)準(zhǔn)的參考。

6 結(jié) 語

本文針對(duì)目前已經(jīng)正式投入使用且擁有良好成績(jī)的楚穗直流±800 kV直流輸電工程換流變壓器局放試驗(yàn)展開了系統(tǒng)分析，并且采用不同的電源模式以及不同的新技術(shù)來探究抗干擾的具體措施以及現(xiàn)場(chǎng)局放所具備的有效性，同時(shí)該研究也為日后進(jìn)行換流變壓器的現(xiàn)場(chǎng)局放提供了可靠參考。

參考文獻(xiàn)：

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