安全、高效的主變絕緣測量輔助裝置設(shè)計與應用

林世琦 李泰伯 肖富鋒 許勛強 林穎

摘要：電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)水電站主變壓器是重要的組成部分，是承擔電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓等功能的主要設(shè)備，因此主變壓器的運行可靠性決定水電站自身在電網(wǎng)中發(fā)揮發(fā)電、調(diào)峰和調(diào)頻等功能的可靠性。測量主變壓器的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)，在檢查主變壓器整體的絕緣狀況時具有較高的靈敏度，能夠查明主變壓器絕緣整體狀況、設(shè)備部件表面受潮或臟污情況和貫穿性缺陷。本設(shè)計主要針對110 kV油浸式主變壓器提供一種提升測量安全性的主變測量絕緣裝置。

關(guān)鍵詞：可靠性；主變壓器；測絕緣裝置

中圖分類號：TM855文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）35-0047-04

Design and Research of Safe and Efficient Insulation Measuring Auxiliary Device for Main Transformer

LIN ShiqiLI TaiboXIAO FufengXU XunqiangLIN Ying（State Grid Fujian Electric Power Co.， Ltd.， Fuzhou Fujian 350003）

Abstract： In the power system， the main transformer of the traditional hydropower station is an important part of it. It is the main equipment to undertake the functions of voltage transform， current transform， impedance transform， isola？ tion and voltage regulation. Therefore， the operation reliability of the main transformer determines the reliability of the hydropower station itself in the power grid as power generation， peak regulation and frequency regulation. Measur？ ing the insulation resistance and absorption ratio or polarization index of the main transformer can effectively check the overall insulation status of the main transformer with high sensitivity， clear the overall insulation status of the main transformer， equipment parts surface damp or dirty situation and penetration defects. The design of 110 kV oilimmersed main transformer provides a main transformer measuring insulation device to improve the safety of measure？ ment.

Keywords： reliability；main transformer；measuring insulation device

“雙碳”目標下，我國能源結(jié)構(gòu)正在發(fā)生轉(zhuǎn)變，水電站這一依靠可再生能源的發(fā)電形式在電力系統(tǒng)中的占比將大大提高。而主變壓器是傳統(tǒng)水電站的重要組成部分，是承擔電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離及穩(wěn)壓等功能的主要設(shè)備，因此主變壓器的運行可靠性決定水電站在電網(wǎng)中發(fā)揮發(fā)電、調(diào)峰和調(diào)頻等功能的可靠性。

水電站運行時需要結(jié)合大小修操作并定期測量主變壓器的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)，從而掌握主變壓器的絕緣情況。通過停役狀態(tài)下預防性試驗能有效檢查主變壓器整體的絕緣狀況和靈敏度，查明主變壓器絕緣整體狀況、設(shè)備部件表面受潮或臟污情況和貫穿性缺陷。及早發(fā)現(xiàn)主變壓器存在的絕緣缺陷，安排進一步的試驗和檢修，有利于預防工作電壓或者過電壓情況下導致的絕緣擊穿從而引發(fā)的設(shè)備事故，有效提高運行可靠性[1-3]。

1背景介紹

1.1設(shè)計對象

本設(shè)計針對110 kV SF8-50 000/110額定容量為50 000 kVA、高壓繞組電壓等級為110 kV的三相、自然循環(huán)油浸風冷式銅繞組電力變壓器。

1.2設(shè)計背景

當電站主變停、復役時，按規(guī)定需檢測并對比主變絕緣修前、修后絕緣狀況。具體主變絕緣測量操作時，操作人員需攜帶一堆測量工具爬到主變頂部，主變10 kV側(cè)在升高座軟連接處進行絕緣測量（軟連接處已用絕緣熱縮套進行熱縮，但上部有開口預留絕緣測量處），110 kV側(cè)在主變中性點引線處進行測量。

2018年主變10 kV側(cè)軟連接處根據(jù)上級整改要求取消上部預留開口，并進行全封閉絕緣熱縮處理，因此運行人員采取非常規(guī)操作，在開關(guān)室主變10 kV側(cè)刀閘處進行測量，采用絕緣測試桿在110 kV側(cè)在主變中性點引線測量。

上述測量方式存在爬高時通道上障礙物多、人員攜帶測量工具多、通道不平坦可能造成高處人員摔傷、10 kV側(cè)軟連接上部開口存在飄浮物短路等安全隱患，同時存在違反《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程》要求且測量數(shù)據(jù)不準確、測量時間長等弊端。

上述兩種測量方式在測量時不僅存在一定的安全隱患，而且無法保證測量工具與待測部位連接的穩(wěn)定性，容易產(chǎn)生測量誤差。為保證操作人員的人身安全、防范設(shè)備短路的風險以及準確測量主變絕緣、縮短絕緣測量時間，需要設(shè)計一種安全、高效的主變絕緣測量輔助裝置，以快速、準確測量主變絕緣。

2主變絕緣測量輔助裝置設(shè)計

2.1裝置設(shè)計思路

主要設(shè)計思路為提供一種主變測量裝置，在主變母線上加裝導電連接件，操作人員只需要站在地面操作絕緣測量件即可控制導電連接件和絕緣測量件卡接。利用絕緣測量件快速、安全、準確地測量主變絕緣，不僅消除了安全隱患，而且保證測量工具與待測部位在測量時連接穩(wěn)定，可避免產(chǎn)生測量誤差。

針對設(shè)備實際運行情況，需要在不損壞母線本身構(gòu)造及強度的基礎(chǔ)上在主變10 kV側(cè)母線螺栓連接處加裝快速、準確導入的分體式絕緣測量輔助裝置固定端。對接絕緣測試桿采用常見的35 kV絕緣操作拉桿，并對拉桿頭進行改造，使其具有準確快速地導入及預留引接絕緣測試導線的航空插頭位等功能。使用時，操作人員站在地面，將絕緣測試線插入預留航空插頭位，人員手持操作桿通過導入槽插入10 kV側(cè)母線輔助裝置固定端，并旋轉(zhuǎn)一圈，使對接絕緣測試桿與固定端對接固定，測試導線充分與母線接觸，最后將測試線與絕緣電阻表相連，即可快速、安全進行絕緣測量。

2.2裝置設(shè)計過程

設(shè)計過程分三個階段實施。第一階段測量主變10 kV側(cè)母線連接孔位分布、螺栓直徑尺寸等孔數(shù)據(jù)，確定分體式主變絕緣測量輔助裝置固定端的安裝位置。第二階段確定設(shè)計方案。由于主變低壓側(cè)母線螺栓連接處存在高度較高、阻礙物較多、絕緣包扎較為嚴密等特點，需進行現(xiàn)場研究，選用導電性能較好且硬度足夠的材料。在10 kV側(cè)母線安裝一個輔助裝置固定端作為測量點，并使用35 kV絕緣操作為拉桿，對拉桿頭進行改造，使其具有準確快速地導入及預留引接絕緣測試導線的航空插頭位等功能。利用該拉桿頭與輔助裝置固定端連接，進行絕緣測量工作。第三階段確定安裝材料。根據(jù)確定的設(shè)計方案，通過市場選型，利用純銅導電性能較好且硬度足夠的特性，使用純銅制作輔助固定裝置與特制拉杠頭，并通過螺栓與相應的部位連接。

2.3設(shè)計成果介紹

該主變測量輔助裝置包括導電連接件和絕緣測量件。導電連接件設(shè)有母線連接部和輔助測量部，母線連接部用以與主變電連接，母線連接部與輔助測量部電連接，輔助測量部設(shè)有卡槽。絕緣測量件設(shè)有絕緣握持部和導電測量部，導電測量部與輔助測量部電連接，導電測量部設(shè)有與卡槽卡接的卡扣。主變測量裝置的結(jié)構(gòu)和局部設(shè)計如圖1和圖2所示。

1.導電連接件；2.絕緣測量件；21.絕緣握持部；211.操作桿；22.導電測量部；3.電阻表。

導電連接件包括導電螺栓，母線連接部設(shè)置在導電螺栓上，導電螺栓用以與主變鎖接。導電螺栓既用作導電連接件與主變電連接，也用于導電螺栓與主變的機械連接，保證測量工具與待測部位在測量時連接穩(wěn)定，避免產(chǎn)生測量誤差。圖3為導電連接件的俯視圖。

導電連接件還包括底座和導電鎖具。底座通過導電螺栓與主變電連接，導電鎖具嵌設(shè)在底座內(nèi)，輔助測量部設(shè)置在導電鎖具上。底座用以安裝導電鎖具，導電鎖具用以實現(xiàn)導電連接件和絕緣測量件之間可拆卸、穩(wěn)定連接。圖4為導電鎖具的結(jié)構(gòu)示意圖。

導電連接件還包括絕緣保護套，絕緣保護套設(shè)在導電鎖具外，絕緣保護套上對應輔助測量部的位置設(shè)有測量孔。絕緣保護套設(shè)置在導電鎖具外進行絕緣保護，提高加裝導電連接件的安全性。圖5為導電連接件的主視圖。

輔助測量部設(shè)有插槽，插槽的截面形狀為圓形，卡槽設(shè)置在插槽的內(nèi)壁。導電測量部設(shè)有與所述插槽插接的柱頭，卡扣設(shè)置在柱頭的外壁。先通過柱頭與插槽的插接配合進行對中定位后，再利用卡扣與卡接鎖緊，從而保證導電連接件與絕緣測量件在測量過程中連接穩(wěn)定。圖6為卡槽的結(jié)構(gòu)示意圖。

絕緣測量件包括操作桿，設(shè)有絕緣握持部和導電測量部，絕緣握持部和導電測量部分別設(shè)置在操作桿的兩端。操作桿便于人員拿持操作，使操作人員只需要站在地面操作操作桿即可進行測量。操作桿包括兩根以上相互拼接的拼接桿，拼接后的兩根以上拼接桿的一端設(shè)置絕緣握持部，另一端設(shè)置導電測量部。操作桿采用拼接式結(jié)構(gòu)，根據(jù)待測主變位置高度可靈活調(diào)整拼接桿的數(shù)量，使用方便。導電測量部設(shè)有與所述卡槽卡接的卡扣，卡槽為環(huán)形槽，卡槽的截面形狀為方形，柱頭可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在導電測量部上。卡槽采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，待柱頭插入插槽后通過轉(zhuǎn)動實現(xiàn)與卡槽的鎖緊配合。圖7為主變測量裝置的局部示意圖。

操作桿還包括手柄、拉繩和彈簧，手柄與絕緣握持部轉(zhuǎn)動連接，拉繩的一端纏繞在手柄上，拉繩的另一端與柱頭連接，彈簧設(shè)置在柱頭和導電測量部之間。使用人員按壓手柄，手柄牽動拉繩拉動柱頭，柱頭轉(zhuǎn)動后與卡槽鎖緊，開始測量。測量完畢后，人員松開手柄，柱頭在彈簧的作用下復位，即可將導電連接件和絕緣測量件分離。主變測量裝置還裝設(shè)電阻表，電阻表與導電測量部電連接。電阻表通過線纜連接導電測量部，從而對主變進行測量。圖8為主變測量裝置的局部示意圖。

安裝時，在主變母線上安裝導電連接件，導電連接件通過母線連接部與主變電連接。使用時，人員手持絕緣測量件的絕緣握持部，將絕緣測量件的導電測量部靠近導電連接件，利用導電測量部連接輔助測量部，并通過卡扣與卡槽的卡接配合使導電連接件和絕緣測量件連接。

綜上所述，本設(shè)計提供一種主變測量裝置，在主變母線上加裝了導電連接件，操作人員只需要站在地面操作絕緣測量件即可控制導電連接件和絕緣測量件卡接，利用絕緣測量件快速、安全、準確地測量主變絕緣。導電螺栓既用作導電連接件與主變電連接，也用于導電螺栓與主變的機械連接，保證測量工具與待測部位在測量時連接穩(wěn)定，避免產(chǎn)生測量誤差。底座用以安裝導電鎖具，導電鎖具用以實現(xiàn)導電連接件和絕緣測量件之間可拆卸、穩(wěn)定連接。絕緣保護套設(shè)置在導電鎖具外進行絕緣保護，提高加裝導電連接件的安全性。先通過柱頭與插槽的插接配合進行對中定位后，再利用卡扣與卡槽卡接鎖緊，從而保證導電連接件與絕緣測量件在測量過程中連接穩(wěn)定。操作桿便于人員拿持操作，使操作人員只需要站在地面操作操作桿即可進行測量。操作桿采用拼接式結(jié)構(gòu)，根據(jù)待測主變位置高度可靈活調(diào)整拼接桿的數(shù)量，使用方便?？ú鄄捎铆h(huán)形結(jié)構(gòu)，待柱頭插入插槽后可通過轉(zhuǎn)動實現(xiàn)與卡槽的鎖緊配合。使用時人員按壓手柄，手柄牽動拉繩拉動柱頭，柱頭轉(zhuǎn)動后與卡槽鎖緊，開始測量。測量完畢后，人員松開手柄，柱頭在彈簧的作用下復位，即可將導電連接件和絕緣測量件分離。電阻表通過線纜連接導電測量部，從而對主變進行測量[4-6]。

3裝置測試與應用

在新絕緣測量輔助裝置投運前，按規(guī)定結(jié)合水電站主變停、復役時間進行實驗。在主變10 kV側(cè)母線螺栓連接處（靠近主變10 kV側(cè)）加裝分體式絕緣測量輔助裝置，操作人員站在地面通過絕緣測試桿與螺栓連接處輔助裝置對接進行測量。

現(xiàn)場測試由工作量測試、準確度測試、人身和設(shè)備安全測試及綜合測試組成。

3.1工作量測試

主變停復役時，使用主變絕緣測量輔助裝置進行絕緣測量，測試共進行4次。經(jīng)過測試得出結(jié)論：運行人員減少了攀爬主變接線和往返10 kV室與110 kV升壓站的時間，接線簡單方便，測量主變絕緣時間由原先的80 min縮短至25 min，減輕了運行人員的工作量。

3.2測量準確度

測試使用主變絕緣測量輔助裝置，其測量方式完全按照高-低、高-地、低-地的測量要求，相比于在10 kV室進行測量，大大提高了測量的準確度。

3.3人身和設(shè)備安全測試

使用主變絕緣測量輔助裝置，有效降低了高處作業(yè)風險，且測量操作時安全距離足夠遠，保障了操作人員的人身安全，防范設(shè)備出現(xiàn)短路的風險。

3.4綜合測試

測試主變檢修時使用主變絕緣測量輔助裝置，大大縮短了測量主變絕緣的時間，提高了測量的準確度，并且保證了運行人員的安全，降低了設(shè)備短路的風險[7]。

4結(jié)語

主變絕緣測量輔助裝置在電站主變檢修期間，通過實驗和現(xiàn)場應用后，大大縮短了測量主變絕緣所花費的時間，提高了測量的準確度，并且保證了運行人員的安全，降低了設(shè)備短路的風險，能夠為水電站設(shè)備安全運行提供有效保障，可以在同類型電站進行主變絕緣測量工作時推廣使用。

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