1000kV避雷器例行試驗(yàn)優(yōu)化方案探究

國網(wǎng)福建省電力公司 林滔 劉旭 王騰濱

1 引言

在特高壓1000kV各種一次電氣設(shè)備例行試驗(yàn)中，避雷器例行試驗(yàn)是各類設(shè)備例行試驗(yàn)中工作量較大，工作難度較高的試驗(yàn)之一。一方面，與其他1000kV電氣設(shè)備一樣，高大的體積增加了試驗(yàn)難度；另一方面，1000kV避雷器直流泄漏試驗(yàn)是所有1000kV一次電氣設(shè)備例行試驗(yàn)電壓最高的一個(gè)項(xiàng)目。較高的試驗(yàn)電壓，使得原本在500kV及以下電壓等級(jí)避雷器直流泄漏試驗(yàn)時(shí)影響較小的試驗(yàn)因素，在1000kV避雷器直流泄漏試驗(yàn)時(shí)表現(xiàn)十分明顯，測(cè)試難度大大增加。

本文主要探究1000kV避雷器例行試驗(yàn)優(yōu)化方案，重點(diǎn)研究采用不同測(cè)試線和試驗(yàn)接線對(duì)1000kV直流泄漏試驗(yàn)的影響，從而得出現(xiàn)場(chǎng)兼顧效率、準(zhǔn)確性與安全性的優(yōu)化方案。

2 試驗(yàn)項(xiàng)目介紹

1000kV避雷器需要進(jìn)行的停電例行試驗(yàn)有三類：監(jiān)視器動(dòng)作檢查、絕緣電阻試驗(yàn)、直流泄漏試驗(yàn)。

1000kV避雷器在線監(jiān)視器與500kV的不同，通過瞬時(shí)脈沖高電壓無法動(dòng)作計(jì)數(shù)器，需要在大電流下方可動(dòng)作，因此1000kV避雷器監(jiān)視器動(dòng)作檢查需使用專用的儀器。

1000kV避雷器絕緣電阻試驗(yàn)與其他電壓等級(jí)的避雷器不同，不僅需要進(jìn)行底座絕緣電阻測(cè)試，還應(yīng)進(jìn)行極間絕緣電阻測(cè)試。

1000kV避雷器直流泄漏試驗(yàn)原理與其他電壓等級(jí)避雷器基本相同，但是由于試驗(yàn)電壓一般超過23萬伏，因此空氣濕度、測(cè)試線角度等因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響較明顯。

由于1000kV避雷器監(jiān)視器動(dòng)作檢查與底座絕緣測(cè)試與常規(guī)避雷器相同，故本文不再贅述。以下對(duì)極間絕緣電阻試驗(yàn)及直流泄漏試驗(yàn)的優(yōu)化試驗(yàn)方法進(jìn)行探究。

3 極間絕緣電阻

1000kV避雷器總共有五節(jié)，本文將最低處一節(jié)稱為第一節(jié)，從低至高依次稱為第一節(jié)至第五節(jié)。

圖1 絕緣電阻測(cè)試接線圖

圖1為第一至第五節(jié)絕緣電阻測(cè)試接線優(yōu)化方案，下面從試驗(yàn)效率、安全性、數(shù)據(jù)的有效性分析該方案。假設(shè)第一至第五節(jié)絕緣電阻值依次為R1至R5。

試驗(yàn)效率：1000kV避雷器每節(jié)約3m高，在試驗(yàn)過程中必須使用登高器具，若在試驗(yàn)過程中來回的更換接線，消耗的時(shí)間較長。而采用以上方案，試驗(yàn)過程中，登高車只要依次從第一節(jié)往上向第五節(jié)移動(dòng)，即可完成所有試驗(yàn)，然后從第五節(jié)往下向第一節(jié)移動(dòng)，即可拆除所有的接地線。避免的登高車在測(cè)量每一節(jié)絕緣電阻時(shí)，上下往復(fù)移動(dòng)，從而提高試驗(yàn)效率。

安全性：每次測(cè)量結(jié)束后，即可將加壓端放電接地，然后向上移動(dòng)登高車，進(jìn)行下一節(jié)絕緣電阻測(cè)試。登高車移動(dòng)過程中，上次加壓端即在放電，節(jié)省放電時(shí)間，又保證了試驗(yàn)的安全性。

數(shù)據(jù)的有效性：第一節(jié)實(shí)測(cè)的絕緣電阻測(cè)試值為R1并上R2至R5的串聯(lián)值，實(shí)測(cè)值會(huì)略小于R1真實(shí)值。同理第二節(jié)絕緣電阻測(cè)試值為R2并上R3至R5的串聯(lián)值，第三節(jié)絕緣電阻測(cè)試值為R3并上R4和R5的串聯(lián)值，第四、第五節(jié)絕緣電阻測(cè)試值為R4和R5的并聯(lián)值。根據(jù)電阻串并聯(lián)關(guān)系，每一節(jié)絕緣電阻的實(shí)測(cè)值都小于其真實(shí)值，故當(dāng)這個(gè)測(cè)試值滿足試驗(yàn)要求，即可判斷該節(jié)避雷器絕緣電阻合格。若測(cè)試值不滿足試驗(yàn)要求，可以利用屏蔽端，準(zhǔn)確測(cè)量該節(jié)避雷器的絕緣電阻，從而得出試驗(yàn)結(jié)論。

因此，采用上述方案進(jìn)行避雷器極間絕緣電阻測(cè)試，在保證數(shù)據(jù)有效的前提下，減少試驗(yàn)工作量、提高工作效率、保障試驗(yàn)安全。

4 直流泄漏試驗(yàn)

在進(jìn)行避雷器直流泄漏試驗(yàn)前，應(yīng)拆除避雷器底座與在線監(jiān)視器的連接線，確保試驗(yàn)電流能完全流過測(cè)試表記。

4.1 第五節(jié)直流泄漏測(cè)量方案

圖2 第五節(jié)直流泄漏測(cè)試方案

方案A：由于避雷器均壓環(huán)較大，均壓環(huán)底部與第五節(jié)底部基本在同一水平高度，如果將加壓線直接接在第五節(jié)下端并拉開至90°，引線與均壓環(huán)距離太近，不滿足試驗(yàn)要求。故將加壓線接在第四節(jié)下端，用短接線將第四節(jié)上端與第四節(jié)下端短接，并用乙烯帶將加壓線拉至與避雷器成90°，將乙烯帶固定在均壓環(huán)上，采用高壓讀表法，如圖2方案A所示。

由于加壓時(shí)，短接線上也有高壓，故周圍空氣電離的電流可以通過短接線流過微安表，影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了避免這方面的影響，可以將短接線改成專用屏蔽線，讓空氣電離的電流通過屏蔽線的屏蔽端流走，不經(jīng)過表記，提高試驗(yàn)準(zhǔn)確性。

方案B：將加壓先直接接在第五節(jié)下端，拉開一定角度，受均壓環(huán)影響，只能拉開約30°左右，否則加壓線離均壓環(huán)太近，采用高壓讀表法。

表1為某1000kV避雷器第五節(jié)實(shí)際測(cè)量的0.75U8mA泄漏電流。

表1 第五節(jié)0.75U8mA泄漏電流測(cè)試數(shù)據(jù) 單位：μA

通過對(duì)比以上數(shù)據(jù)，方案B的測(cè)試值高于方案A約10μA左右，可見引線的拉開角度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響比較大，主要原因是1000kV避雷器直流泄漏試驗(yàn)電壓高，在同樣的雜散電容下，產(chǎn)生的雜散電流比其他電壓等級(jí)的避雷器高。

而采用屏蔽線，試驗(yàn)數(shù)據(jù)略低于普通短接線。但是，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)濕度比較大時(shí)，由于空氣中水分較多，此時(shí)空氣中水分電離產(chǎn)生的電流增加，普通短接線和屏蔽線的結(jié)果差別較大，前者高于后者較多?；蛘弋?dāng)短接線較長時(shí)，空氣電離的電流也會(huì)增加，此時(shí)采用屏蔽線的效果也比普通短接線好很多。

綜上，方案A（屏蔽線）為較優(yōu)方案。

4.2 第四節(jié)直流泄漏測(cè)量方案

圖3為第四節(jié)直流泄漏測(cè)試方案：

圖3 第四節(jié)直流泄漏測(cè)試方案

方案A：將加壓線接至第四節(jié)下端，第五節(jié)下端與均壓環(huán)短接，通過均壓環(huán)接地，乙烯帶將加壓線拉至于避雷器90°，將乙烯帶固定在均壓環(huán)上（同第五節(jié)），測(cè)量第四節(jié)泄漏電流，采用高壓讀表法。

方案B：將加壓先直接接在第五節(jié)下端，同第五節(jié)，拉開角度只能30°左右，采用低壓讀表法。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示

表2 第四節(jié)0.75U8mA泄漏電流測(cè)試數(shù)據(jù) 單位：μA

通過對(duì)比以上數(shù)據(jù)，雖然方案B采用低壓讀表法準(zhǔn)確性應(yīng)比方案A的高壓讀表法高，但是對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)影響較大的還是引線的拉開角度，由于均壓環(huán)的影響，方案B無法將引線拉開至90°，故綜合考慮，方案A為較優(yōu)方案。

4.3 第三節(jié)直流泄漏測(cè)量方案

第三節(jié)試驗(yàn)接線如圖4所示，通過乙烯帶將引線拉開至90°，采用低壓讀表法的方式。

圖4 第三節(jié)直流泄漏試驗(yàn)接線圖

方案A試驗(yàn)結(jié)果見表3

表3 第三節(jié)0.75U8mA泄漏電流測(cè)試數(shù)據(jù) 單位：μA

不論引線拉開角度和讀表方式，該方案均為偏差最小的方式，故該方案為最佳方案。

4.4 第二節(jié)直流泄漏測(cè)量方案

第二節(jié)直流泄漏測(cè)試方案如圖5

圖5 第二節(jié)直流泄漏測(cè)試方案

方案A類似于前面幾節(jié)的接線方式，通過短接線或屏蔽線短接第三節(jié)，并用乙烯帶將引線拉開至90°，采用低壓讀表法；方案B直接將加壓線線接至第二節(jié)上端，受升壓裝置高度的影響，引線拉開角度大約為45°，采用低壓讀表法；方案C將加壓線接至第二節(jié)上端，并用乙烯帶將引線固定為90°，采用低壓讀表法。其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示

表4 第二節(jié)0.75U8mA泄漏電流測(cè)試數(shù)據(jù)

對(duì)比以上數(shù)據(jù)，方案C試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本與方案A（屏蔽線）相同，方案C略好一點(diǎn)點(diǎn)。方案A與方案B的數(shù)據(jù)對(duì)比情況類似于第五節(jié)的數(shù)據(jù)。因此，考慮到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，方案C最佳。但是，由于在試驗(yàn)過程中，固定乙烯帶花費(fèi)的時(shí)間較多，且方案C乙烯帶牽引長度約為7m，在空中擺動(dòng)較大，存在一定的危險(xiǎn)性。故綜合考慮試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、試驗(yàn)效率、安全性，方案A（屏蔽線）為推薦方案。

4.5 第一節(jié)直流泄漏測(cè)量方案

試驗(yàn)方案如圖6所示

圖6 第一節(jié)直流泄漏測(cè)試方案

不采用類似于第二節(jié)方案C的接線方式，主要原因是若將加壓線接至第一節(jié)上部，并用乙烯帶固定，此時(shí)乙烯帶長度約為10m，引線及乙烯帶擺動(dòng)極大，存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患高。

方案A用短接線或屏蔽線將第二、第三節(jié)短接，加壓線接至第四節(jié)下部，并用乙烯帶將引線牽引至90°，采用低壓讀表法。方案B將加壓線直接接至第一節(jié)上部，此時(shí)引線最大約可以拉開至60°，采用低壓讀表法。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5

表5 第一節(jié)0.75U8mA泄漏電流測(cè)試數(shù)據(jù)

接上表

對(duì)比以上數(shù)據(jù)，方案A（屏蔽線）泄漏電流約小于方案A（普通線）4μA，而方案A(普通線)泄漏電流小于方案B約4μA，與第五節(jié)的情況略有不同。主要原因有兩點(diǎn)：第一，測(cè)試第一節(jié)時(shí)短接了兩節(jié)避雷器，使用短接線的長度比測(cè)試第五節(jié)長，故空氣電離的電流也增加；第二，方案B第一節(jié)的引線拉開角度約為60°，比第五節(jié)的30°略大，故雜散電容變小，雜散電流也減小。綜合考慮，采用方案A（屏蔽線）為較優(yōu)方案。

4.6 直流泄漏試驗(yàn)方案總結(jié)

影響避雷器直流泄漏試驗(yàn)的因素主要有：環(huán)境溫濕度、瓷瓶的臟污程度、引線的拉開角度、讀表方式、測(cè)試線的類型等。

環(huán)境溫濕度一般無法通過人為的方式改變，只能盡量選擇濕度低的時(shí)候進(jìn)行試驗(yàn)。

瓷瓶的臟污的影響，可以用高壓水槍清洗后進(jìn)行，也可以采用裸銅線屏蔽瓷瓶表面電流。

引線拉開角度，通過以上的數(shù)據(jù)對(duì)比，可見在試驗(yàn)電壓較高時(shí)，引線拉開角度是影響試驗(yàn)的數(shù)據(jù)最大的一個(gè)影響因素，因此建議在進(jìn)行1000kV避雷器直流泄漏試驗(yàn)時(shí)，盡可能地將試驗(yàn)引線拉開至90°。

測(cè)試線的選擇，一般情況下，避雷器直流泄漏試驗(yàn)的加壓線均為屏蔽線，但是本文的方案需要將某一或二節(jié)避雷器短接，此時(shí)的短接線也應(yīng)盡可能的采用屏蔽線。屏蔽線可以將廢棄的兆歐表或者直流高壓發(fā)生器的加壓線裁斷制作，也可以聯(lián)系廠家專門訂做。

綜上，在進(jìn)行1000kV避雷器每一節(jié)直流泄漏試驗(yàn)時(shí)，采用方案A，乙烯帶和高壓引線的固定方式在進(jìn)行每一節(jié)試驗(yàn)時(shí)，都不需要改變，唯一變化的是試驗(yàn)時(shí)應(yīng)短接的部分和微安表的連接。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，乙烯帶和高壓引線的固定較耗時(shí)間，因此采用方案A只要固定一次加壓線和乙烯帶后，每一節(jié)的測(cè)試均不需要改變其固定方式，可以節(jié)省大量時(shí)間和勞動(dòng)量。短接時(shí)，考慮試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，用屏蔽線進(jìn)行短接，試驗(yàn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。因此每一節(jié)試驗(yàn)均采用方案A（屏蔽線）為本文推薦的優(yōu)化方案（第三節(jié)、第四節(jié)試驗(yàn)時(shí)不需要短接）。

5 總結(jié)

1000kV避雷器絕緣電阻試驗(yàn)可以通過測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)合計(jì)算，實(shí)現(xiàn)從下至上依次完成每一節(jié)絕緣電阻，提高效率；1000kV避雷器直流泄漏試驗(yàn)采用方案A （屏蔽線） 是綜合試驗(yàn)的準(zhǔn)確性、安全性、試驗(yàn)效率后的優(yōu)化方案。