宋東波黃 潔程登峰秦少瑞陳 凡
(1.國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院,合肥 230022;2.國(guó)網(wǎng)安徽省電力培訓(xùn)中心,合肥 230022)
1000kV金屬氧化物避雷器現(xiàn)場(chǎng)直流高壓試驗(yàn)方法分析
宋東波1黃 潔2程登峰1秦少瑞1陳 凡1
(1.國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院,合肥 230022;2.國(guó)網(wǎng)安徽省電力培訓(xùn)中心,合肥 230022)
金屬氧化物避雷器對(duì)保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著非常重要的作用,因此要定期對(duì)其進(jìn)行例行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確與否受多方面因素的影響。針對(duì)1000kV金屬氧化物避雷器現(xiàn)場(chǎng)直流高壓試驗(yàn),分析了對(duì)參考電壓和泄漏電流測(cè)量產(chǎn)生影響的因素和處理方法;重點(diǎn)對(duì)比分析了限流電阻對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響,并提出了消除影響的方法;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況,提出了改進(jìn)的試驗(yàn)接線方法,提高了工作效率。
屏蔽;限流電阻;泄漏電流;試驗(yàn)接線
避雷器主要用來限制雷電過電壓或操作過電壓對(duì)電力設(shè)備的損壞,對(duì)保證設(shè)備安全和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行起著非常重要的作用。金屬氧化物避雷器(MOA)以其殘壓低、非線性特性好、通流能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際運(yùn)行中MOA長(zhǎng)期承受工頻電壓的作用,還受環(huán)境潮濕和污穢的影響,其電阻片容易受潮老化,最終導(dǎo)致溫度異常升高甚至爆炸,因此需定期對(duì)其進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)[1-2]。MOA直流參考電壓、直流泄漏電流以及運(yùn)行電壓下的阻性電流[3]等參數(shù)的變化,均能有效的反映其內(nèi)部電阻片的受潮或老化情況,因此現(xiàn)場(chǎng)停電直流高壓試驗(yàn)是 MOA預(yù)防性試驗(yàn)中最為重要的項(xiàng)目之一。
金屬氧化物避雷器的現(xiàn)場(chǎng)直流試驗(yàn)主要包括直流參考電壓和泄漏電流的測(cè)量,對(duì)于750kV及以下的MOA需測(cè)量直流1mA電壓U1mA和0.75U1mA下的泄漏電流,而對(duì)于1000kV MOA《1000kV交流電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求測(cè)量其直流8mA參考電壓U8mA及0.75U8mA下的泄漏電流。
然而在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行 MOA直流試驗(yàn)時(shí),并不能跟出廠試驗(yàn)一樣可以在干燥、潔凈的環(huán)境中對(duì)每個(gè)避雷器單元單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn),現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的環(huán)境情況及加壓的接線方式均會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響,導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn),嚴(yán)重的甚至?xí)斐烧`判。
從已有的研究來看,文獻(xiàn)[4-6]重點(diǎn)闡述了避雷器表面泄漏及加壓線與試品夾角對(duì)直流泄漏電流的影響,文獻(xiàn)[7-8]重點(diǎn)講解了限流電阻對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響,文獻(xiàn)[9-10]闡述了現(xiàn)場(chǎng)不拆引線進(jìn)行直流試驗(yàn)的方法。上述文獻(xiàn)均是對(duì)500kV及以下電壓等級(jí)的MOA現(xiàn)場(chǎng)直流試驗(yàn)進(jìn)行分析論證,然而 1000kV MOA每組擁有5個(gè)避雷器單元,且直流試驗(yàn)時(shí)要測(cè)量 8mA下的參考電壓與 0.75U8mA下的泄漏電流,由于節(jié)數(shù)增多及試驗(yàn)電流的增大,現(xiàn)場(chǎng)非被試節(jié)泄漏對(duì)電流測(cè)量的影響更為復(fù)雜,限流電阻對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響也更加明顯,現(xiàn)場(chǎng)的工作量也相對(duì)增大。本文主要從影響直流泄漏電流的因素、限流電阻的使用、試驗(yàn)接線等幾個(gè)方面,對(duì)1000kV MOA現(xiàn)場(chǎng)直流試驗(yàn)進(jìn)行討論分析。
2.1 試驗(yàn)結(jié)果的影響因素
MOA現(xiàn)場(chǎng)直流試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確與否受外部檢測(cè)環(huán)境、試驗(yàn)接線方式及直流高壓設(shè)備本身的影響。在進(jìn)行 MOA直流泄漏電流測(cè)量時(shí),影響其結(jié)果的主要有:①高壓加壓引線對(duì)地雜散電流;②試品加壓端經(jīng)空氣對(duì)地雜散電流;③瓷套表面的泄漏電流;④非被試節(jié)的泄漏電流。
另外,在進(jìn)行直流高壓試驗(yàn)時(shí),高壓發(fā)生成套裝置一般配備限流電阻,以防止試品擊穿或閃絡(luò)產(chǎn)生過大的電流而損壞試驗(yàn)設(shè)備。限流電阻的使用同樣會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響,它將使測(cè)得的直流泄漏電流及參考電壓值偏大,試驗(yàn)加壓示意圖如圖1所示。
圖1 直流試驗(yàn)加壓示意圖
對(duì)于1000kV MOA現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的為8mA泄漏電流下的電壓值,由于電流較大限流電阻的壓降 UR不可忽略,而試驗(yàn)設(shè)備顯示的為高壓發(fā)生器輸出的電壓U,根據(jù)U=UR+UX,可知U大于施加到試品上的實(shí)際電壓 UX,最終導(dǎo)致讀取的 U8mA偏大;在測(cè)量0.75U8mA下的泄漏電流值時(shí),若直接采用設(shè)備上0.75U8mA按鈕,電壓下降至0.75U8mA時(shí)泄漏電流僅為幾十微安,與U8mA時(shí)相比限流電阻上的壓降減小數(shù)十倍,導(dǎo)致最終施加到試品上的電壓偏大,致使泄漏電流值偏大。
以1.5MΩ的限流電阻為例,測(cè)量U8mA時(shí),讀取的電壓偏大 8UR=12kV;假設(shè) 0.75U8mA下避雷器泄漏電流 80μA,則施加到試品的電壓偏大值為:12× 0.75-1.5×0.08=8.88kV,電壓偏高造成泄漏電流值偏大?,F(xiàn)場(chǎng)對(duì)一組避雷器加與不加限流電阻進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比,結(jié)果見表1。
表1 直流泄漏試驗(yàn)數(shù)據(jù)
由表中可以看出,加限流電阻時(shí)讀取的電壓均偏大約15kV,泄漏電流均偏高,嚴(yán)重的甚至偏高近1倍,超過出廠值,易造成誤判。由文獻(xiàn)[7-8]中介紹的限流電阻對(duì) MOA直流試驗(yàn)結(jié)果的影響可知,對(duì)于500kV及以下的MOA限流電阻會(huì)使直流參考電壓與泄漏電流值偏大,但其影響較小,一般情況測(cè)量時(shí)影響可以忽略,但對(duì)于1000kV MOA現(xiàn)場(chǎng)直流試驗(yàn),限流電阻對(duì)結(jié)果的影響特別顯著,其影響不可忽略。
2.2 提高試驗(yàn)準(zhǔn)確性的改進(jìn)措施
對(duì)于外部泄漏對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響,提出以下改進(jìn)措施:①采用帶屏蔽的高壓加壓線,使雜散電流通過屏蔽層流過而不經(jīng)過微安表;②用絕緣包扎帶將高壓加壓處的線夾和法蘭纏繞,以減小雜散電流值[6];③在電流測(cè)量端距法蘭兩三個(gè)傘裙處加裝屏蔽環(huán),使泄漏從屏蔽層流過。對(duì)于非被試節(jié)泄漏電流對(duì)結(jié)果的影響,下文將結(jié)合 1000kV及 500kV MOA現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行詳細(xì)說明。
1000kV避雷器共有5節(jié)串聯(lián),現(xiàn)場(chǎng)采用不拆引線的試驗(yàn)方法,最上方一節(jié)接地。當(dāng)其中某一節(jié)試驗(yàn)時(shí),其他若干節(jié)串聯(lián)后和被試節(jié)并聯(lián),它們本身以及瓷套表面的泄漏也會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響,試驗(yàn)過程中可通過改變微安表的測(cè)量位置來消除非被試節(jié)的影響。以第2節(jié)避雷器試驗(yàn)為例,微安表在高壓和低壓端測(cè)量的等效原理圖如圖2所示,其中I1、I2分別為第2節(jié)及第3、4、5節(jié)串聯(lián)后泄漏電流;I3、I4分別為第2節(jié)及第3、4、5節(jié)串聯(lián)后瓷套表面的泄漏電流。
圖2 微安表不同位置處試驗(yàn)原理圖
如圖2(a)所示,在高壓端測(cè)量泄漏電流時(shí)微安表讀數(shù)I=I1+I2+I3+I4,第3、4、5節(jié)串聯(lián)后的泄漏以及瓷套表面的泄漏電流均被計(jì)入,使測(cè)得的泄漏電流偏大;如圖1(b)所示,在接地端測(cè)量時(shí)微安表度數(shù)I=I1+I2,非被試節(jié)表面的泄漏電流并未從微安表流過,測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確,對(duì)于其他節(jié)的測(cè)量可參考同樣的方法進(jìn)行。
對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)不拆引線的500kV 3節(jié)裝MOA,當(dāng)測(cè)量其中間節(jié)的泄漏電流時(shí),無論在其上端還是下端加壓,等效電路中均有一節(jié)與被試部分并聯(lián),在共同的直流電壓作用下,兩節(jié)的泄漏電流基本相等,非被試節(jié)泄漏的影響不可忽略,此時(shí)必須在接地端測(cè)量泄漏電流。另外,還可能出現(xiàn)被試節(jié)泄漏達(dá)到1mA時(shí)非被試節(jié)泄漏已超過 1mA的現(xiàn)象,所以現(xiàn)場(chǎng)在條件允許的情況下需在高壓端加裝 3mA及以上微安表監(jiān)測(cè)總的泄漏電流,防止直高發(fā)設(shè)備過載。
對(duì)于限流電阻給試驗(yàn)帶來的誤差,提出兩種解決方法:
1)在避雷器的加壓端接阻容分壓器,從分壓器讀取U8mA電壓值;計(jì)算出0.75U8mA值,手動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備加壓按鈕至分壓器讀數(shù)為0.75U8mA,記錄泄漏電流,不可直接使用設(shè)備上的0.75U8mA按鈕。
2)在保證避雷器底座和每節(jié)絕緣電阻滿足要求且直流高壓設(shè)備內(nèi)部過流保護(hù)可靠的情況下,可除去設(shè)備輸出端的限流電阻,直接將設(shè)備輸出高壓加到試品上進(jìn)行試驗(yàn)。
方法 1可準(zhǔn)確測(cè)量直流泄漏電流與參考電壓值,但需加裝分壓器,增加了現(xiàn)場(chǎng)工作量;方法 2直接去掉限流電阻,在設(shè)備絕緣可靠及儀器保護(hù)完善的情況下,具有可行性。
在進(jìn)行1000kV MOA現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí),由于避雷器單元連同支架總高度達(dá)十余米,因此必須吊車的配合才能進(jìn)行試驗(yàn)接線。僅完成單相一次引線的拆解與恢復(fù)工作,耗時(shí)就需約1h,現(xiàn)場(chǎng)采用不拆一次高壓引線的試驗(yàn)方法,大幅提高了工作效率,減小的高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。在不拆一次引線的基礎(chǔ)上,試驗(yàn)人員又提出了改進(jìn)的試驗(yàn)接線方法,進(jìn)一步提高工作效率,試驗(yàn)接線如圖3所示。
圖3 試驗(yàn)接線方法
圖3中(a)、(b)、(c)對(duì)應(yīng)的為第1、2、3節(jié)避雷器單元的測(cè)量接線,第1節(jié)試驗(yàn)時(shí)吊車動(dòng)作第1次可同時(shí)將加壓線與第 2節(jié)避雷器下方的短接線接好,然后吊車動(dòng)作第2次實(shí)現(xiàn)第2節(jié)避雷器短接;在測(cè)量第2節(jié)時(shí)吊車先動(dòng)作1次取掉第2節(jié)下方的短接線頭,然后再動(dòng)作第2次將此線頭接到均壓環(huán)上,實(shí)現(xiàn)第1節(jié)避雷器的短接,吊車共動(dòng)作4次即可實(shí)現(xiàn)最上方兩節(jié)的測(cè)試工作。傳統(tǒng)試驗(yàn)接線在測(cè)量第1節(jié)時(shí),加壓線放在1、2之間,此時(shí)吊車動(dòng)作1次即可,但在測(cè)量第2節(jié)時(shí)需先至1、2之間取掉加壓線,然后將其移至2、3之間,同時(shí)需用1根短接線,配合吊車動(dòng)作2次,實(shí)現(xiàn)第1節(jié)避雷器的短接,完成最上方兩節(jié)的測(cè)試工作吊車共需動(dòng)作5次。雖然與改進(jìn)方法相比傳統(tǒng)方法吊車僅多動(dòng)作1次,但是吊車1次完整的動(dòng)作用時(shí)約10~15min,在現(xiàn)場(chǎng)避雷器組數(shù)較多時(shí)可以節(jié)約一定的工作量,另外高處作業(yè)量的減少,可降低對(duì)人身及設(shè)備安全的威脅。
分析了對(duì)MOA現(xiàn)場(chǎng)直流試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響的因素,提出了改進(jìn)措施。針對(duì)外部泄漏電流的影響,建議將微安表串接在低壓回路中讀數(shù);針對(duì)限流電阻對(duì)1000kV MOA直流試驗(yàn)結(jié)果的影響,提出了改進(jìn)的方法,認(rèn)為在避雷器絕緣滿足要求且直流高壓設(shè)備內(nèi)部過流保護(hù)可靠的情況下,可不加限流電阻直接進(jìn)行試驗(yàn)。
1000kV避雷器現(xiàn)場(chǎng)采用不拆引線的試驗(yàn)方法加之改進(jìn)的接線方式,減少了高處作業(yè)工作量,降低了安全隱患,提高了工作效率。
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DC High Voltage Test Method Analysis of 1000kV MOA
Song Dongbo1Huang Jie2Cheng Dengfeng1Qin Shaorui1Chen Fan1
(1.State Grid Anhui Electric Power Research Institute,Hefei 230022;2.State Grid Anhui Electric Power Corporation Traning Center,Hefei 230022)
Metal oxide arrester(MOA)plays a very important role on ensure the safe operation of power system,so regular preventive tests are essential,The accuracy of tests results are effected by several factors.For DC high voltage in field test of 1000kV MOA,influence factors and treatment methods of leakage current are analyzed; impacted of current limiting resistance on test results are comparative analyzed,method to eliminate the effect of limiting resister is provided; according to the field test situation,a better wiring method is proposed to reduce workload and raise the working efficiency.
shield;current limiting resistance;leakage current;test wiring
宋東波(1987-),男,安徽省宿州市人,碩士研究生,中級(jí)工程師,主要從事高壓電氣試驗(yàn)及帶電檢測(cè)工作。