10kV氧化鋅避雷器試驗(yàn)輔助裝置

陳高汝 李長元 鄭哲宇 紀(jì)哲強(qiáng) 吳小妹 林建森 林迪航 鄭 姜

國網(wǎng)福州供電公司 福建福州 350009

針對10kV氧化鋅避雷器在傳統(tǒng)預(yù)防性試驗(yàn)[1]過程中需拆卸后開展試驗(yàn)工作的情況,因?qū)ζ錄]有合適的固定方法,極易在高壓試驗(yàn)過程中發(fā)生松動(dòng)而傾覆的安全事故。常見的方法是固定在臺鉗或者設(shè)備金屬架構(gòu)上,但是固定時(shí)難以把握避雷器的卡位點(diǎn)、耗時(shí)且費(fèi)力,導(dǎo)致工作效率低下。此外,每只10kV氧化鋅避雷器完成一次傳統(tǒng)的例檢試驗(yàn),都需要多人配合對避雷器先后進(jìn)行固定、接線、試驗(yàn)、放電、接地、拆線等工序。待更換為下一只需試驗(yàn)的避雷器樣品,又需重復(fù)上述試驗(yàn)步驟。其中試驗(yàn)過程中固定和拆接線是避雷器試驗(yàn)過程中操作煩瑣、耗時(shí)較長的工序,多個(gè)避雷器試驗(yàn)時(shí),重復(fù)這些工序,是造成試驗(yàn)效率低下的關(guān)鍵原因[2-3]。研究發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[5]所使用的支架雖然能解決避雷器傾倒的現(xiàn)象,但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,試驗(yàn)效率并未提高。

針對上述難點(diǎn),本文提出一種新型10kV氧化鋅避雷器試驗(yàn)輔助裝置,可同時(shí)放置并固定多個(gè)避雷器,通過PLC遠(yuǎn)程控制試驗(yàn)輔助裝置中氧化鋅避雷器試驗(yàn)回路的開斷,電動(dòng)選取所需要試驗(yàn)的避雷器樣品,無須反復(fù)拆接線,極大提高試驗(yàn)效率。

1 避雷器試驗(yàn)輔助裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輔助裝置設(shè)計(jì)過程中,在滿足裝置絕緣性能、體積、重量和力學(xué)強(qiáng)度要求的前提下,應(yīng)該優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)更多的槽口數(shù)量以及合理的底座固定方式。

考慮到裝置材質(zhì)的絕緣性能、重量和力學(xué)強(qiáng)度,本文采用環(huán)氧樹脂玻璃鋼,它不僅具有良好的耐腐蝕性、絕緣性和力學(xué)強(qiáng)度等特性,而且材質(zhì)密度小。另外,常見的10kV氧化鋅避雷器接線端為螺紋狀,且不同廠家和型號的避雷器接線端尺寸參數(shù)(長度和直徑)可能存在差異,因此避雷器底座的夾具應(yīng)優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)為具有彈性的卡扣式固定夾具。

如圖1所示,其結(jié)構(gòu)包括固定立柱1、插孔2、導(dǎo)電夾片3、彈簧4。固定立柱1的頂部均設(shè)置有插孔2,插孔2內(nèi)部圓周均勻分布有四個(gè)導(dǎo)電夾片3,導(dǎo)電夾片3與插孔內(nèi)壁之間均與徑向延伸的彈簧4相連接,其頂端均設(shè)置有外擴(kuò)的倒角,便于避雷器尾部5插入。避雷器5插入時(shí),如圖2所示,彈簧被擠壓,導(dǎo)電夾片3會(huì)緊緊夾住避雷器,使其穩(wěn)穩(wěn)立住,并且導(dǎo)電夾片3電性連接至底部公共接地端。

圖1 固定夾具工作狀態(tài)圖

圖2 固定夾具的工作狀態(tài)示意圖

對于槽口數(shù)量,其決定了對裝置開展一次拆、接線的工作就可以完成10kV氧化鋅避雷器樣品的數(shù)量,也是提高試驗(yàn)效率的關(guān)鍵因素之一。但若是固定裝置中同時(shí)放置的避雷器樣品數(shù)量過多,又會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)輔助裝置整體的體積和重量大大增加,對設(shè)備的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也帶來了更高的要求,靈活度和便攜性也會(huì)隨之大打折扣。

綜合考慮上述原因,本文裝置的主體材料選用環(huán)氧樹脂玻璃鋼,槽口數(shù)量設(shè)計(jì)為6個(gè),裝置底部的固定夾具設(shè)計(jì)為彈性的卡扣式固定夾具。

2 避雷器試驗(yàn)輔助裝置原理分析

2.1 避雷器的試驗(yàn)輔助裝置結(jié)構(gòu)分析

10kV氧化鋅避雷器進(jìn)行例行試驗(yàn)時(shí),需要將其從設(shè)備上拆下(如圖3所示),通常會(huì)被安放在地面上或者絕緣物件上進(jìn)行試驗(yàn),再經(jīng)過接線、升壓、記錄、放電、拆線試驗(yàn)流程,完成之后再對下一個(gè)避雷器進(jìn)行試驗(yàn)[4]。在這個(gè)過程中,大部分的時(shí)間都被消耗在避雷器的固定和拆、接線的試驗(yàn)流程上,每開展一只避雷器的試驗(yàn)工作均需重復(fù)上述試驗(yàn)流程,是造成試驗(yàn)效率低下的關(guān)鍵原因。

圖3 單個(gè)避雷器實(shí)物圖

為提高10kV氧化鋅避雷器試驗(yàn)效率,設(shè)計(jì)優(yōu)化試驗(yàn)輔助裝置結(jié)構(gòu),試驗(yàn)設(shè)備與斷路器相連,PLC遠(yuǎn)程控制斷路器的開斷,電動(dòng)選取所需要試驗(yàn)的避雷器樣品,無須反復(fù)拆接線。如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)輔助裝置結(jié)構(gòu)

圖4中:(1)為避雷器的固定夾具,起固定避雷器的作用;(2)為輔助裝置的外殼,起絕緣和結(jié)構(gòu)支持的作用;(3)為公共接地點(diǎn),功能是多個(gè)避雷器尾部分別通過連接該公共端子接地;(4)為裝置的槽口,待試驗(yàn)的避雷器通過槽口放置到輔助裝置內(nèi),開放的槽口便于避雷器頂部接線端的試驗(yàn)接線;(5)為絕緣擋板,提高絕緣強(qiáng)度,避免高壓試驗(yàn)過程中高電位避雷器向其他低電位區(qū)域產(chǎn)生放電;(6)為輔助裝置的頂部平臺,輔助裝置的槽口、高壓公共接線端、絕緣擋板、PLC控制的試驗(yàn)回路斷路器等部件均集成于該平臺;(7)為斷路器,可通過PLC遠(yuǎn)程控制斷路器,進(jìn)而控制試驗(yàn)回路的開斷和試驗(yàn)避雷器之間的切換。

圖5為避雷器試驗(yàn)接線原理圖,避雷器頂端連接試驗(yàn)設(shè)備的高壓發(fā)生器,底端接地,可完成絕緣、直流泄漏電流等試驗(yàn)。

圖5 避雷器試驗(yàn)接線原理圖

2.2 避雷器試驗(yàn)原理

在對避雷器進(jìn)行預(yù)防試驗(yàn)時(shí),首先要初步檢查避雷器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否受潮,需要對避雷器的絕緣電阻進(jìn)行測量,絕緣合格后再開展泄漏電流試驗(yàn)。交流泄漏電流目的是檢查正常運(yùn)行電壓下的最大工作電流,由于閥片有較大的電容,因此其交流泄漏電流比直流泄漏電流要大,在判斷方面不及直流泄漏電流的精度。雖然避雷器運(yùn)行在交流環(huán)境下,但為了更好地檢查其內(nèi)部閥片是否老化、動(dòng)作特性是否正常等相關(guān)情況,通常都是測量其直流泄漏電流。

直流泄漏電流試驗(yàn)需要測量無間隙金屬氧化物避雷器在直流電流達(dá)到1mA下的電壓(U1mA),以及被試品兩端電壓值為0.75U1mA下的直流漏電流。在測量過程之中,應(yīng)盡量減小電暈電流、雜散電容和表面潮濕污穢對試驗(yàn)結(jié)果的影響[5]。對于由金屬氧化物閥片構(gòu)成的避雷器,U1mA和0.75U1mA下漏電流值的變化是判斷樣品質(zhì)量殘缺較為簡單的方法。直流泄漏電流試驗(yàn)原理如圖6所示,其中T1為調(diào)壓器,T2為試驗(yàn)變壓器,R為限流電阻,C為濾波電容,R1、R2分別為電阻分壓器高、低壓臂電阻,MOA為待試驗(yàn)避雷器,QF為斷路器。

圖6 氧化鋅避雷器直流泄露電流試驗(yàn)原理圖

應(yīng)用本文中的輔助裝置后,可大幅提升試驗(yàn)效率,直流泄漏電流試驗(yàn)步驟大致如下:

(1)放樣。將多個(gè)避雷器表面擦拭干凈,放入試驗(yàn)輔助裝置的槽口內(nèi),將避雷器尾部插入固定夾具中,確?？煽拷佑|。

(2)接線。完成設(shè)備及試驗(yàn)輔助裝置接線,檢查接線是否正確,尤其要確保輔助裝置底部公共接地端和頂部公共高壓接線端接線無誤,再通過PLC遠(yuǎn)程控制待試驗(yàn)避雷器回路斷路器的閉合,斷開其他避雷器的回路中的斷路器。

(3)試驗(yàn)。拆除安保接地線,開始進(jìn)行試驗(yàn);確認(rèn)電壓輸出在零位,接通電源,然后緩慢地升高電壓到規(guī)定的試驗(yàn)電壓值。測得U1mA和0.75U1mA下漏電流值后,迅速降壓到零。等電壓表指示基本為零后,斷開儀器開關(guān)和試驗(yàn)電源。

(4)放電。用具備限流電阻的放電棒對避雷器進(jìn)行放電,等放電完全之后,掛接地線。

(5)進(jìn)行下一個(gè)避雷器試驗(yàn)。此處無須再重復(fù)步驟(1)放樣和步驟(2)接線的過程,直接通過PLC遠(yuǎn)程控制已完成試驗(yàn)避雷器回路斷路器的斷開,閉合下一個(gè)待試驗(yàn)避雷器回路斷路器的閉合,重復(fù)步驟(3)、步驟(4),直至完成步驟(1)中放入輔助裝置中的全部避雷器的試驗(yàn)。

結(jié)語

綜上所述,本文設(shè)計(jì)的新型10kV氧化鋅避雷器試驗(yàn)輔助裝置,可同時(shí)放置并固定多個(gè)避雷器,設(shè)計(jì)優(yōu)化試驗(yàn)間距和加裝絕緣隔板解決試驗(yàn)過程中的放電問題,再通過PLC遠(yuǎn)程控制避雷器試驗(yàn)回路的開斷來實(shí)現(xiàn)待試驗(yàn)樣品的電動(dòng)切換,無須反復(fù)拆接線,有效地解決避雷器試驗(yàn)過程中固定難、易傾倒的安全風(fēng)險(xiǎn)以及試驗(yàn)效率較低下等問題。