特高壓GIS隔離開關(guān)VFTO模擬發(fā)生及測(cè)量設(shè)備的研究

王天正++晉濤++俞華++李杰

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.097

摘 要：該文分析了目前國內(nèi)外特高壓裝置中氣體絕緣開關(guān)設(shè)備在例行操作過程中存在的快速暫態(tài)過壓VFTO對(duì)設(shè)備的危害，開展了試驗(yàn)研究不同結(jié)構(gòu)變壓器與GIS連接下的VFTO特性以及GIS設(shè)備VFTO的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。通過分析計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)裝置關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中產(chǎn)生干擾的原因以及經(jīng)過模擬和測(cè)量GIS設(shè)備中產(chǎn)生的VFTO，提出了試驗(yàn)設(shè)備優(yōu)化組合方案，完善了測(cè)量設(shè)備各方面的能力和效用，為設(shè)備的維護(hù)和壽命周期的管理提供了可靠的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：特高壓裝置 GIS設(shè)備 快速暫態(tài) 過壓 VFTO 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

中圖分類號(hào)：TM86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（b）-0097-04

特高壓一次設(shè)備在安裝后因安裝工藝及環(huán)境溫度濕度的影響，在設(shè)備內(nèi)部可能存在潛伏性的絕緣缺陷，若將原有的缺陷設(shè)備投入電力系統(tǒng)運(yùn)行，將導(dǎo)致一次設(shè)備投運(yùn)時(shí)或者運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)生事故，如設(shè)備損壞、線路跳閘等[1-2]；同時(shí)，一次設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，受電壓、電流、溫濕度、絕緣老化等因素影響，在設(shè)備中也可能產(chǎn)生潛伏性絕緣缺陷，影響設(shè)備安全運(yùn)行。因此，新安裝及運(yùn)行一段時(shí)間檢修后的一次設(shè)備在投運(yùn)前必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)高壓試驗(yàn)，以診斷設(shè)備在運(yùn)輸、安裝過程中是否受到損壞，安裝質(zhì)量是否符合要求，并檢驗(yàn)新安裝及運(yùn)行一段時(shí)間的一次設(shè)備是否滿足安全運(yùn)行的技術(shù)要求。

目前，特高壓系統(tǒng)中大量采用氣體絕緣開關(guān)設(shè)備（gas insulated switchgear，GIS）[3]，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，GIS隔離開關(guān)接地開關(guān)和斷路器在例行操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生頻率極高、波頭極陡的快速暫態(tài)過電壓VFTO（Very Fast front Transient Overvoltage，快速暫態(tài)過電壓），不僅會(huì)引起GIS主回路對(duì)地故障，而且還會(huì)造成相鄰設(shè)備（如變壓器等）的絕緣損壞[4]，其對(duì)設(shè)備的危害成為了不可忽視的問題，如何開展試驗(yàn)研究不同結(jié)構(gòu)變壓器與GIS連接下的VFTO特性研究和研究GIS設(shè)備VFTO的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、分析技術(shù)成為亟待解決的問題。特高壓試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)輸不便，應(yīng)擴(kuò)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)診斷設(shè)備的使用范圍，然而對(duì)于不同的設(shè)備，如何選取現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)才能對(duì)被試品進(jìn)行有效診斷以及診斷方案的制定都有待進(jìn)一步研究。

該文通過分析計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)裝置關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，開展了高抗現(xiàn)場(chǎng)局部放電及交流耐壓試驗(yàn)實(shí)用化研究，進(jìn)一步提升設(shè)備局部放電現(xiàn)場(chǎng)診斷定位能力，開發(fā)實(shí)用的檢測(cè)技術(shù)將有助于特高壓交直流主設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)綜合診斷的正確性，保證特高壓設(shè)備的健康水平；同時(shí)可減少試驗(yàn)時(shí)間、提高特高壓設(shè)備的利用率。通過分析現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中產(chǎn)生干擾的原因和開發(fā)抗干擾抑制措施，可提高現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的靈敏度和正確率，將有助于提高發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在隱患的概率。通過模擬和測(cè)量GIS設(shè)備中產(chǎn)生的VFTO，研究分析VFTO產(chǎn)生的機(jī)理，開發(fā)VFTO的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、抑制措施，保證特高壓診斷試驗(yàn)和主設(shè)備的安全可靠性。通過帶電檢測(cè)技術(shù)手段，提出試驗(yàn)設(shè)備優(yōu)化組合方案及關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，建立設(shè)備交接時(shí)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)指紋信息系統(tǒng)，確立特高壓設(shè)備投運(yùn)前狀態(tài)信息指紋特征健康檔案，為投運(yùn)后設(shè)備的運(yùn)維和全壽命周期管理提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 特高壓裝置性能測(cè)試

1.1 特高壓交直流工程現(xiàn)場(chǎng)診斷試驗(yàn)?zāi)芰μ嵘芯?/p>

在研究過程中，依電抗器配置參數(shù)，分析計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)裝置關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，開展高抗現(xiàn)場(chǎng)局部放電及交流耐壓試驗(yàn)實(shí)用化研究，此外，還研究小信號(hào)局放甄別技術(shù)，提升設(shè)備局部放電現(xiàn)場(chǎng)診斷定位能力，進(jìn)一步開展檢測(cè)和診斷技術(shù)研究，研究設(shè)備故障發(fā)生機(jī)理，掌握關(guān)聯(lián)參數(shù)的變化規(guī)律與設(shè)備故障之間的關(guān)系，開發(fā)適用檢測(cè)技術(shù)，提高檢測(cè)和診斷有效性。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)屏蔽接地及抗干擾技術(shù)研究

在現(xiàn)場(chǎng)屏蔽接地及抗干擾中，進(jìn)行了電源系統(tǒng)干擾信號(hào)產(chǎn)生的原因研究分析，試驗(yàn)回路的抗干擾措施研究分析以及空間干擾及屏蔽措施研究。

1.3 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的特快速瞬態(tài)過電壓測(cè)量研究

在設(shè)計(jì)中，開展了不同結(jié)構(gòu)模擬變壓器與GIS連接下的VFTO特性試驗(yàn)研究以及開展GIS設(shè)備VFTO現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)與分析研究，其中發(fā)現(xiàn)不同連接方式波阻抗影響非常大，其對(duì)電壓也有一定要求，包括波頭時(shí)間、波長(zhǎng)、振蕩等。在測(cè)量裝置上，需考慮到外接-分布參數(shù)影響以及方波響應(yīng)等。

1.4 現(xiàn)場(chǎng)診斷試驗(yàn)?zāi)芰ν卣寡芯?/p>

在現(xiàn)有試驗(yàn)?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上，擴(kuò)大試驗(yàn)設(shè)備使用能力，覆蓋面包含換流變壓器、環(huán)流閥、直流穿墻套管、干式平波電抗器、直流濾波器、中性母線沖擊電容器和交流濾波器、直流斷路器、直流隔離開關(guān)、接地開關(guān)和旁路開關(guān)、直流避雷器等主要設(shè)備，提出試驗(yàn)設(shè)備優(yōu)化組合方案及關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。

開展特殊試驗(yàn)過程中設(shè)備的診斷技術(shù)研究，重點(diǎn)以帶電檢測(cè)技術(shù)為手段，建立設(shè)備交接時(shí)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)指紋信息系統(tǒng)，確立特高壓設(shè)備投運(yùn)前狀態(tài)信息指紋特征健康檔案，為投運(yùn)后設(shè)備的運(yùn)維提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)備體積，改良設(shè)備寬度和高度，保障試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)輸安全。

2 特高壓裝置的研究設(shè)計(jì)

通過研究國內(nèi)外特高壓GIS隔離開關(guān)VFTO的發(fā)生測(cè)量設(shè)備現(xiàn)狀及技術(shù)理論，對(duì)遍地作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全行為進(jìn)行調(diào)研及相關(guān)技術(shù)、理論及規(guī)范調(diào)研，制出了以下裝置。

2.1 800 kV/400 kV模擬運(yùn)行加壓裝置

經(jīng)過數(shù)學(xué)建模及模擬運(yùn)行，最終線圈鐵芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定稿為400 kV雙繞組串聯(lián)結(jié)構(gòu)變壓器（圖1）。其結(jié)構(gòu)為金屬封閉GIS結(jié)構(gòu)、絕緣考核800 kV/min、工作制為電壓下連續(xù)運(yùn)行。

2.2 GIS電氣分部參數(shù)模擬裝置

500～1 000 kV過度氣室對(duì)接裝置系統(tǒng)操作控制、測(cè)量、保護(hù)。

目前，已完成主要保護(hù)功能測(cè)試包括過壓保護(hù)、過流保護(hù)、放電保護(hù)、超溫預(yù)警、試驗(yàn)變壓器過熱保護(hù)。

（1）過壓保護(hù)。

當(dāng)試品電壓超過設(shè)定的保護(hù)電壓時(shí)（在試品加壓前由試驗(yàn)人員設(shè)定），系統(tǒng)將自動(dòng)切斷輸出，并提示過壓保護(hù)。

（2）過流保護(hù)。

當(dāng)調(diào)壓器輸出電流或者試驗(yàn)變壓器輸入電流超過設(shè)定的保護(hù)電流時(shí)（保護(hù)電流在產(chǎn)品出廠前設(shè)定），系統(tǒng)自動(dòng)將輸出電壓降低到0并提示過流保護(hù)，防止系統(tǒng)以及試品因過流而損壞。

（3）放電保護(hù)。

當(dāng)試品出現(xiàn)閃絡(luò)或擊穿放電時(shí)，系統(tǒng)迅速停止輸出并提示放電保護(hù)。

（4）超溫預(yù)警。

當(dāng)試驗(yàn)變壓器的低壓繞組溫度超過預(yù)警設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)使用黃色指示燈指示溫度超過預(yù)警溫度。

（5）試驗(yàn)變壓器過熱保護(hù)。

當(dāng)試驗(yàn)變壓器的低壓繞組溫度達(dá)到試驗(yàn)變壓器允許的最高運(yùn)行溫度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)使用紅色指示燈指示試驗(yàn)變壓器的溫度達(dá)到允許的最高運(yùn)行溫度，并立即自動(dòng)使系統(tǒng)輸出電壓降低到0輸出。

2.3 濾波箱設(shè)計(jì)

濾波箱內(nèi)包括以下幾個(gè)部分：濾波器、補(bǔ)償電抗器、快速保護(hù)裝置（圖4）。

設(shè)計(jì)中，濾波器是采用PI型濾波器，用于增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)供電電源中存在的諧波分量的抗干擾能力。補(bǔ)償電抗器是用于補(bǔ)償用于測(cè)試的容性負(fù)載，它是測(cè)試系統(tǒng)的一部分并且必須被一直連接到自耦調(diào)壓器的輸出與試驗(yàn)變壓器進(jìn)行并聯(lián)，以保持自耦調(diào)壓器的電流輸出不超過其最大極限。快速保護(hù)裝置用于保護(hù)試驗(yàn)變壓器在試品出現(xiàn)閃絡(luò)等情況時(shí)不受過電壓的損害，同時(shí)也防止試品遭受恢復(fù)過電壓的損害。此外，需要依據(jù)被試品的電容量大小來選擇使用補(bǔ)償電抗器的抽頭。

3 結(jié)語

特高壓交直流主設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)診斷關(guān)鍵技術(shù)（包括特高壓交直流工程現(xiàn)場(chǎng)診斷試驗(yàn)?zāi)芰μ嵘?、現(xiàn)場(chǎng)屏蔽接地及抗干擾技術(shù)、氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的VFTO測(cè)量、現(xiàn)場(chǎng)診斷試驗(yàn)?zāi)芰ν卣梗┲亟鉀Q目前特高壓設(shè)備試驗(yàn)診斷工作中存在的主要問題，為特高壓設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)診斷提供相關(guān)試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)、有效規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程、縮短現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)診斷時(shí)間、減少試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)和成本、提高現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)診斷工作的準(zhǔn)確性，從而為特高壓交直流設(shè)備的安全可靠運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)

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