封閉母線現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)問(wèn)題分析

王洪見(jiàn) 馮 超 秦傳儉 王文濤

（山東達(dá)馳阿爾發(fā)電氣有限公司，成武 274200）

封閉母線現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)問(wèn)題分析

王洪見(jiàn) 馮 超 秦傳儉 王文濤

（山東達(dá)馳阿爾發(fā)電氣有限公司，成武 274200）

分析大容量封閉母線在現(xiàn)場(chǎng)高壓試驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及漏電電流問(wèn)題的原因，闡述封閉母線現(xiàn)場(chǎng)高壓試驗(yàn)設(shè)備的原理及選型方法，從而為封閉母線現(xiàn)場(chǎng)高壓試驗(yàn)及以后的安全運(yùn)行提供保障。

封閉母線 工頻耐壓 電容電流 串聯(lián)諧振 電暈放電

引言

離相封閉母線設(shè)備是發(fā)電廠中連接發(fā)電機(jī)至變壓器的重要輸電裝備?，F(xiàn)階段，封閉母線的電壓等級(jí)根據(jù)發(fā)電出線側(cè)的電壓由10kV到30kV不等。封閉母線在運(yùn)行階段重要的性能為封閉母線的絕緣性能。為保證封閉母線在運(yùn)行時(shí)絕緣性能可靠，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，高壓電器設(shè)備在安裝完成后和帶電投運(yùn)前需進(jìn)行高壓電氣試驗(yàn)。對(duì)于封閉母線安裝完成后的高壓電氣試驗(yàn)的主要項(xiàng)目，主要為交流耐壓試驗(yàn)及絕緣電阻試驗(yàn)。

本文結(jié)合山東達(dá)馳阿爾發(fā)電氣有限公司為馬來(lái)西亞FAST TRACK 3A電廠百萬(wàn)機(jī)組封閉母線試驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，探討大容量封閉母線現(xiàn)場(chǎng)高壓試驗(yàn)應(yīng)該注意的事項(xiàng)。

1 試驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題

封閉母線全部安裝焊接完成后，需對(duì)封閉母線進(jìn)行絕緣試驗(yàn)。首先，進(jìn)行絕緣電阻試驗(yàn)。根據(jù)母線額定電壓，兆歐表應(yīng)采用5kV兆歐表。三相試驗(yàn)阻值結(jié)果：A相對(duì)地：525MΩ；B相對(duì)地：1.244GΩ；C相對(duì)地：499MΩ。

由以上絕緣電阻試驗(yàn)結(jié)果分析可知，封閉母線的絕緣電阻合格。但是，為了保證封閉母線的絕緣性能，只有封閉母線交流耐壓試驗(yàn)合格后，方視為封閉母線絕緣合格。但是，在封閉母線交流耐壓試驗(yàn)加壓的過(guò)程中，每當(dāng)電壓升至15～25kV時(shí)，試驗(yàn)設(shè)備就會(huì)由于自動(dòng)跳閘而導(dǎo)致試驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。為徹底解決該交流耐壓試驗(yàn)中的問(wèn)題，本文從被試母線及試驗(yàn)設(shè)備兩個(gè)方面著手分析，以查清問(wèn)題原因。

2 封閉母線性能參數(shù)分析

主回路：導(dǎo)體規(guī)格為：φ850×16；外殼規(guī)格：φ1550×10；長(zhǎng)度：98m三相。

三角回路：導(dǎo)體規(guī)格：φ700×12；外殼規(guī)格：φ1410×8；長(zhǎng)度50m單相。

分支回路：導(dǎo)體規(guī)格：φ700×12；外殼規(guī)格：φ900×4；長(zhǎng)度50m單相。

封閉母線額定電壓：27kV；工頻耐受電壓：80kV；雷電沖擊電壓：150kV。

由于封閉母線自身結(jié)構(gòu)特征，其等效電路如圖1所示。封閉母線導(dǎo)體對(duì)地電容值的計(jì)算公式如下：

式中，ε0為空氣中相對(duì)介電常數(shù)，取值為1；εr為真空中的電容率，取值為8.85pF/m；l為封閉母線長(zhǎng)度；R為外殼內(nèi)半徑；r為導(dǎo)體外半經(jīng)。

圖1 等效電路圖

容抗的求解公式如下：

式中，C為電容值；f為電源頻率，取值為50Hz。

根據(jù)以上封閉母線的各尺寸規(guī)格、母線長(zhǎng)度及電容求解公式，可得表1。

表1 相關(guān)參數(shù)的取值情況

由于封閉母線主回路、三角回路及分支回路三部分互聯(lián)，所以實(shí)驗(yàn)設(shè)備輸出電流應(yīng)為主回路、三角回路及分支回路三者的電流和。對(duì)應(yīng)于等效電路中，有：Ir=237mA+ 101mA+46.7mA=384.7mA。

3 試驗(yàn)設(shè)備的選擇

交流耐壓試驗(yàn)設(shè)備一般有兩種類型：工頻耐壓試驗(yàn)和串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)。工頻耐壓試驗(yàn)是由工頻交流電源供電，通過(guò)控制器向調(diào)壓器供電，調(diào)壓器改變輸出電壓的幅值，經(jīng)試驗(yàn)變壓器將低電壓變換成高電壓，向被試品供電，如圖2所示。

一般，對(duì)于像發(fā)電機(jī)、變壓器GIS、電纜、封閉母線等電容量較大試品時(shí)，需要大容量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。這時(shí)，可以采用串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置。它能以較小的電源容量，試驗(yàn)較大電容和較高試驗(yàn)電壓的試品；回路由被試品負(fù)載電容和與之串聯(lián)的電抗器和電源組成。原理圖如圖3所示。

圖2 原理接線圖

圖3 原理圖

根據(jù)LC電路原理，當(dāng)回路中的容抗XC與感抗XL相等時(shí)，電路處于諧振狀態(tài)。

諧振頻率為：

此時(shí)，回路中電流達(dá)到最大：

加在試品上的電壓：

由于試驗(yàn)回路中的R很小，故試驗(yàn)回路的品質(zhì)因數(shù)很大。因此，用這種方法能用電壓較低的試驗(yàn)變壓器得到較高的試驗(yàn)電壓。當(dāng)被試品擊穿時(shí)，電路失去諧振條件（不再滿足XL=XC），電源輸出電流自動(dòng)減小，試品兩端的電壓驟然下降，從而限制對(duì)被試品的損壞程度。

串聯(lián)諧振實(shí)驗(yàn)設(shè)備根據(jù)調(diào)節(jié)方式的不同，分為工頻串連諧振和變頻串聯(lián)諧振兩大類。工頻串聯(lián)諧振保持與電源功率50Hz不變，試驗(yàn)時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電抗器與試品容抗等值，達(dá)到諧振頻率。變頻串聯(lián)諧振則采用固定的電抗器，工作頻率一般為30～300Hz。由于封閉母線交流奶鹽試驗(yàn)要求試驗(yàn)頻率與工作頻率不得相差20%，所以該類型試驗(yàn)設(shè)備一般不用于封閉母線的試驗(yàn)。

對(duì)于本文提到的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)所使用的交流耐壓設(shè)備為該類型工頻耐壓設(shè)備。經(jīng)核實(shí)，試驗(yàn)設(shè)備的最高試驗(yàn)電壓雖然能夠滿足試驗(yàn)要求，但其升壓變額定容量?jī)H為10kVA，高壓輸出電流在80kV時(shí)，最大電流為0.125A即125mA。所以，前文提到的升壓過(guò)程中自動(dòng)跳閘，是由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備由于過(guò)電流而產(chǎn)生的自保護(hù)跳閘，屬于設(shè)備的正常動(dòng)作。

根據(jù)封閉母線試驗(yàn)電壓及在試驗(yàn)電壓下的漏電電流，可計(jì)算得到所需要的試驗(yàn)設(shè)備輸出容量為30.776kVA。若采用交流供頻耐壓設(shè)備，則升壓變壓器的額定容量至少在31kVA以上。若采用串聯(lián)諧振工頻耐壓設(shè)備，則應(yīng)考慮母線的電容和。

4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的電暈放電問(wèn)題

通電試驗(yàn)階段出現(xiàn)的“吱吱”放電聲，為實(shí)驗(yàn)過(guò)程的電暈放電。電暈放電是氣體介質(zhì)在不均勻電場(chǎng)中的局部自持放電。它是由于導(dǎo)體與絕緣子緩沖器上的不銹鋼片產(chǎn)生了縫隙。此時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)了空氣的電離場(chǎng)強(qiáng)，使氣體發(fā)生了電離和激勵(lì)，因而引發(fā)電暈放電。對(duì)于理想封閉母線的交流耐壓試驗(yàn)，即使發(fā)生電暈放電現(xiàn)象而未出現(xiàn)絕緣子的閃絡(luò)或擊穿，試驗(yàn)均可繼續(xù)進(jìn)行，直到母線試驗(yàn)成功。

5 結(jié)論

離相封閉母線在現(xiàn)場(chǎng)安裝完成后，由于其特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)體與外殼之間形成一個(gè)較大的電容，現(xiàn)場(chǎng)高壓試驗(yàn)階段應(yīng)首先計(jì)算高壓試驗(yàn)階段的電容電流，并根據(jù)試驗(yàn)電流合理選取高壓試驗(yàn)設(shè)備的類型與容量，以保證試驗(yàn)安全可靠進(jìn)行。試驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)封閉母線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)正確分析，以判斷封閉母線絕緣特性是否合格，從而保證封閉母線的可靠運(yùn)行。

[1]沈其工，方瑜.高電壓技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[2]吳勵(lì)堅(jiān).大電流母線的理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[M].北京：水利電力出版社，1985.

[3]范小蘭，何志苠.電工技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

At the Scene of the Enclosed Bus AC Withstand Voltage Test Problem Analysis

WANG Hongjian, FENG Chao, QIN Chuanjian, WANG Wentao
(Shandong da chi alfa electric co., LTD,Chengwu 274200)

Analysis of the large capacity bus encountered in the process of high pressure test on the spot, this paper analyzes the reasons of the leakage current problems, this paper enclosed bus principle and selection method of high to test equipment. As the enclosed bus guarantees safe operation after high voltage test and site.

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