特高压并联电抗器现场局部放电试验装置及其应用方法与流程

1.本发明涉及特高压油浸式电抗器试验领域，尤其涉及一种特高压并联电抗器现场局部放电试验装置及其应用方法。


背景技术：

2.局部放电是指导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电，这种放电可以在导体附近发生也可以不在导体附近发生。在强电场中，励磁变压器内部绝缘中存在的弱点或生产过程中造成的缺陷会引起局部放电，这种放电的能量很小，它的短时存在并不影响电气设备的绝缘强度，但介质一旦发生局部放电，这些微弱的放电将产生累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大，最后导致绝缘击穿。长时感应电压带局部放电测量试验能有效地发现绝缘内部的固有缺陷或者是由雷电冲击或操作波冲击试验所造成的局部隐患，以便消除这些缺陷，防止局部放电对绝缘造成破坏。因此要保证设备长期运行的可靠性，局部放电试验是必不可少的。
3.特高压并联电抗器经过长途运输、现场安装、解体检修、缺陷诊断时，亟需开展现场局部放电试验。然而，目前特高压并联电抗器的局部放电试验仅在制造厂内开展，现场尚无成熟可行的试验规程。以往开展过的并联电抗器现场局放升压方法有2种，一是通过特制的并联补偿电容器与特高压并联电抗器谐振升压，其缺点是特制补偿电容器、分压器等仪器投入成本高、所需占地面积巨大、运输和现场组装困难、换相移动困难、使用效率低等。二是利用一定长度的输电线路与并联电抗器谐振升压，其缺点是参数估算不准确、加压范围过大不安全、产生的线路电磁干扰大、线路电晕损耗过大、现场电源容量不足等。
4.专利cn111596149a公开了一种输电线路及高压并联电抗器的高电压试验装置及其应用方法，利用输电线路的对地电容作为高抗的容性补偿，使高抗与输电线路一起进行谐振升压。但是该方案目前仅适用于500kv并联电抗器现场试验，尚不具备1000kv特高压并联电抗器试验条件。一是局部放电试验电压下线路电晕损耗过大，现场电源容量不满足要求。二是所需的线路分布参数估算不准确、加压范围大，存在安全管控不全面隐患，且对临近线路和通信的电磁干扰大。因此，采用上述试验方法难以开展特高压并联电抗器现场局部放电试验。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种特高压并联电抗器现场局部放电试验装置及其应用方法，现场实施方便可行，且成本可控。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
7.一种特高压并联电抗器现场局部放电试验装置，包括变频电源单元、特高压并联电抗器单元、电压互感器单元和gis单元，所述变频电源单元包括励磁变压器和变频电源，所述励磁变压器的原边与变频电源的输出端相连，所述励磁变压器的副边一端接地，另一端通过特高压并联电抗器单元、电压互感器单元接地，所述另一端还通过特高压并联电抗
器单元、gis单元接地。
8.进一步的，所述特高压并联电抗器单元包括电抗器本体、中性点套管和高压套管，所述电抗器本体通过中性点套管和励磁变压器的副边连接，所述电抗器本体通过高压套管和电压互感器单元、gis单元分别连接，所述中性点套管的中性点套管末屏、所述高压套管的高压套管末屏分别与局放仪的输入端连接。
9.进一步的，所述电压互感器单元包括电容器和互感器，所述变频电源单元还包括控制箱，所述特高压并联电抗器单元通过电容器和互感器接地，所述控制箱和变频电源的控制端连接，所述控制箱的测试信号输出端和互感器的输入端连接。
10.进一步的，所述gis单元包括gis出线套管、gis出线间隔和gis母线，所述特高压并联电抗器单元通过gis出线套管、gis出线间隔和gis母线连接。
11.进一步的，所述变频电源包括变频柜和移动电源车，所述变频柜的输出端和励磁变压器的原边连接，所述变频柜输入端的输入电压桩头与移动电源车的输出端连接。
12.进一步的，还包括龙门架和分裂导线，所述分裂导线通过悬式绝缘子安装于所述龙门架上，所述特高压并联电抗器单元通过分裂导线和电压互感器单元、gis单元分别连接。
13.本发明还提出任一所述的特高压并联电抗器现场局部放电试验装置的应用方法，包括以下步骤：
14.在变频电源单元设置试验电压，调节变频电源单元的频率为谐振频率；
15.调节变频电源单元分段升压至试验电压，然后分段降压，在分段升压和分段降压的每一分段点观察特高压并联电抗器单元的局部放电情况，所述分段升压和分段降压的分段点一一对应且电压相同；
16.若分段升压和分段降压的目标分段点观察到特高压并联电抗器单元的局部放电情况满足预设条件，则测试通过。
17.进一步的，在变频电源单元设置试验电压之前还包括：计算试验参数，若试验参数不满足要求，调整电压互感器单元和gis单元的相数，直到试验参数满足要求。
18.进一步的，所述试验电压为952kv，在分段升压和分段降压的每一分段点观察特高压并联电抗器单元的局部放电情况具体包括：
19.首先升压至254kv电压下维持10s并观察局部放电情况，继续升压至698kv下维持5min并观察局部放电情况，继续升压至825kv下维持5min并观察局部放电情况，然后升压至952kv下，维持但不少于15s，并观察局部放电情况，f为谐振频率，随后不间断的降压至825kv下并观察局部放电情况，并至少保持60min，然后降压至698kv下维持5min并观察局部放电情况，进一步降压至254kv并观察局部放电情况。
20.进一步的，所述目标分段点为825kv，所述预设条件为：特高压并联电抗器单元的高压套管末屏局部放电量的连续水平不大于300pc，且中性点套管末屏局部放电量的连续水平不大于500pc，且均不持续增加。
21.和现有技术相比，本发明具有下述优点：
22.本发明沿用了原有特高压并联电抗器、电容式电压互感器和gisgis出线套管原有的均压环设计和连接引线，取消了传统试验方式中的专用均压罩、长轴特种吊车和专用绝
缘悬吊作业车，减少了高空作业量，节省了特种车辆台班费，降低了成本。
23.本发明就地取材地利用现场配套的特高压gis、电容式电压互感器等容性设备作为补偿电容，仅需励磁变、变频柜、线缆即可完成试验，取消了传统试验方式中特制的补偿电容器和电容分压器，取消了输电线路分布电容补偿的需求，降低了仪器定制、租赁、运输、吊装的巨额成本，减少了现场大面积场地的需求，缩小试验加压范围在变电站内部，免除了输电线路或补偿电容器的自身局放干扰抑制难题，更具备现场执行条件。
24.本发明引入临近电容式电压互感器和gis母线作为备用电容调节设备，方便现场并联使用来调节试验频率，使现场试验电流最小化调整操作更简化，有利于确保了试验容量满足现场条件。
25.本发明提出的升压方法通过合理利用和搭配特高压变电站内原有的配套设备，使整个试验回路所需的仪器数量、种类大量减少，尤其是昂贵的特种仪器，为特高压并联电抗器的现场局放试验提供了接线简单、操作便捷、成本优化的有利条件，有效解决当前特高压并联电抗器现场局放试验能力不足的问题，为变电站内试验场地的利用提升、试验效率的精益化和特高压并联电抗器现场局放试验的全面推广提供了一种全新的选择。
附图说明
26.图1为本发明实施例的电气原理图。
27.图2为本发明实施例的现场布置图。
28.图3为本发明实施例的应用方法流程图。
29.图例说明：101-变频电源单元、102-特高压并联电抗器单元、103-电压互感器单元、104-gis单元、1-励磁变压器、2-变频电源、3-电抗器本体、4-中性点套管、5-高压套管、6-电容器、7-互感器、8-gis出线套管、9-gis出线间隔、10-gis母线、11-龙门架、12-分裂导线、13-悬式绝缘子、21-变频柜、22-移动电源车、41-中性点套管末屏、51-高压套管、211-输入电压桩头。
具体实施方式
30.以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
31.如图1和图2所示，本实施例的一种特高压并联电抗器现场局部放电试验装置包括变频电源单元101、特高压并联电抗器单元102、电压互感器单元103和gis单元104，所述变频电源单元101包括励磁变压器1和变频电源2，所述励磁变压器1的原边与变频电源2的输出端相连，所述励磁变压器1的副边一端接地，另一端通过特高压并联电抗器单元102、电压互感器单元103接地，所述另一端还通过特高压并联电抗器单元102、gis单元104接地。本实施例将传统局部放电试验装置的输电线路改进为gis，能够降低局部放电试验的加压范围，使其在可视范围内，减少了电晕损耗。
32.如图2所示，本实施例中的各功能单元组成如下：
33.特高压并联电抗器单元102包括电抗器本体3、中性点套管4和高压套管5，所述电抗器本体3通过中性点套管4和励磁变压器1的副边的套管连接，所述电抗器本体3通过高压套管5和电压互感器单元103、gis单元104分别连接，所述中性点套管4的中性点套管末屏
41、所述高压套管5的高压套管末屏51分别与局放仪的输入端连接。
34.电压互感器单元103与a、b、c三相一一对应，每个电压互感器单元103均包括电容器6和互感器7，所述变频电源单元101还包括控制箱，所述特高压并联电抗器单元102每一相通过对应的电容器6和互感器7接地，所述控制箱和变频电源2的控制端连接，所述控制箱的测试信号输出端和互感器7的输入端连接。
35.gis单元104包括gis出线套管8、gis出线间隔9和gis母线10，gis出线套管8、gis出线间隔9和gis母线10均与a、b、c三相一一对应，所述特高压并联电抗器单元102每一相通过对应的gis出线套管8、gis出线间隔9和gis母线10连接，特高压并联电抗器单元102的输出端每一相分别和gis出线套管8的对应桩头连接。
36.变频电源2包括变频柜21和移动电源车22，所述变频柜21的输出端和励磁变压器1的原边连接，所述变频柜21输入端的输入电压桩头211与移动电源车22的输出端连接。
37.如图2所示，本实施例还包括龙门架11和分裂导线12，所述分裂导线12通过悬式绝缘子13安装于所述龙门架11上，所述特高压并联电抗器单元102通过分裂导线12和电压互感器单元103、gis单元104分别连接。
38.本实施例的特高压并联电抗器现场局部放电试验装置进行局部放电试验通过以下步骤得以实现：
39.s1试验参数计算：根据被试电抗器本体3的设计参数，按照串联谐振方式，计算关键试验参数，这些关键试验参数包括：
40.——试验电压频率f，表达式如下：
[0041][0042]
上式中，c1为单相电压互感器单元103的对地电容，即图1中电容c1和电容c2串联后的等效电容，c2为gis单元104中单相gis出线套管8至对应gis母线10的通道的对地电容，即图1中电容cx，l为被试电抗器本体3的电感值，谐振时电压频率f应在50-300hz之间。
[0043]
——品质因数q，表达式如下：
[0044][0045]
上式中，r1为被试电抗器本体3的直流电阻，l为被试电抗器本体3的电感值，f为试验电压频率，品质因数q宜大于200。
[0046]
——试验电源容量w，表达式如下：
[0047][0048]
上式中，f为试验电压频率，q为品质因数，u1为被试电抗器本体3的试验电压，试验电源容量w不宜超过800kw。
[0049]
当计算得到的试验电压频率f不满足对应要求或试验电源容量w过大时，可以通过改变试验回路中电压互感器单元103或gis单元104的相数，来将上述核心参数控制在目标范围内，改变试验回路中电压互感器单元103或gis单元104的相数的方式为将被试相与相邻相短接，例如被试电抗器本体3的被试相为a相，可用试验加压线将临近b相对应的电压互
感器单元103与a相对应的电压互感器单元103一并短接，或将临近b相对应的gis出线套管8桩头与a相对应的gis出线套管8桩头一并短接，从而将b相对应的电压互感器单元103或gis单元104中b相对应的通道纳入加压范围内，从而调节图1中的电容量c1和c2，使试验电压频率f和试验电源容量w满足试验要求。
[0050]
s2试验前准备：根据所计算的试验参数，准备变频电源单元101中合适的升压试验仪器，摆放在临近电抗器本体3的中性点套管4一侧的场地上。
[0051]
本实施例中，励磁变压器1副边(高压侧)的套管额定电压不低于u1/q，其中u1为试验电压，q为品质因数，容量不低于试验电源容量w，变频柜21的输出电压为变频交流0-400v，输入电压桩头221为工频三相380v，容量不低于试验电源容量w；移动电源车22的输出电压为工频三相380v，容量不低于试验电源容量w。
[0052]
s3现场试验接线：按照图1、图2所示，连接变频电源单元101中变频电源装置、试验仪器，以及特高压并联电抗器单元102、电压互感器单元103、gis单元104之间电源电缆、试验加压线、试验测试线。检查励磁变压器1的高压套管、中性点套管4、高压套管5、电容器6和gis出线套管8顶部的引线和加压线无松动，力矩合格。
[0053]
在本实例中，移动电源车22的三相输出电压桩头与变频柜21的三相输入电压桩头211之间通过3根截面积≥80mm2的电源电缆连接。变频柜21的输出电压桩头与励磁变压器1的原边(低压侧)套管桩头之间通过2根截面积≥80mm2的过渡电缆连接，励磁变压器1的副边(高压侧)的高压套管桩头与电抗器本体3的中性点套管4的桩头之间通过1根截面积≥20mm2的加压线连接，励磁变压器1的副边(高压侧)绕组末端接地，电抗器本体3的高压套管5的桩头与电容器6和gis出线套管8桩头之间维持原分裂导线12连接不变。电抗器本体3的高压套管末屏51、中性点套管末屏41分别经匹配阻抗连接至局放仪信号输入通道。打开互感器7的二次盖板，将二次端子da、dn用测试线接入变频电源单元101中控制箱的电压信号中。
[0054]
s4设备状态检查：将移动电源车22和变频柜21的电源开关打至分闸位置，将互感器7的全部二次快分开关打至分闸位置，在被试相和被短接的临近相对应的gis出线套管8靠gis母线10的gis出线间隔9中，将断路器和隔离开关打至合闸位置，接地开关和快速接地开关打至分闸位置，除试验间隔的gis出线套管8外，其它非被试间隔的断路器和隔离开关均打至分闸位置。
[0055]
在本实施例中，gis出线套管8、gis出线间隔9、gis母线10的sf6表计的气压不低于额定压力，电抗器本体3的油枕油位计的指示在正常浮动范围内。高压套管5桩头、电容器6高压桩头、gis出线套管8桩头及三者之间的分裂导线12附近10m范围内无其它接地体或附件，中性点套管4、励磁变压器1的高压套管及二者之间的连接引线附近1m范围内无其它接地体或附件，励磁变压器1、变频柜21、移动电源车22之间的连接电缆桩头无相间搭接。高压套管5瓷瓶、电容器6外瓷套、gis出线套管8伞裙、龙门架11的悬式绝缘子13表面无明显覆盖性污秽，励磁变压器1、变频柜21、移动电源车22之间连接电缆的外绝缘层无破损。
[0056]
s5现场局放升压：依次合上移动电源车22和变频柜21电源开关，控制箱开机，设置试验电压(952kv)、电压保护(960kv)、试验变比(5774)、调谐方式(自动调谐)、电压测量模式(自动)，启动升压，仪器自动调谐至谐振频率，记录背景局部放电值，在加压过程中持续观察电抗器本体3的的局部放电数据是否稳定且合格：首先升压至电压
下维持10s，观察局部放电数据情况，继续升压至下维持5min，观察局部放电数据情况，继续升压至局放电压下维持5min，观察局部放电数据情况，然后升压至激发电压下，维持但不少于15s，并观察局部放电情况，f为谐振频率，随后不间断的降压至下开展局放检测，并至少保持60min，持续观察局部放电数据是否稳定且合格，然后降压至下维持5min，并观察局部放电情况，进一步降压至以下并观察局部放电情况，再次记录背景局部放电数据后，断开控制箱电源，将变频柜21和移动电源车22的开关分闸。
[0057]
本实施例中，持续观察局部放电数据，在局放电压下并维持至少60min期间，高压套管末屏51和中性点套管末屏41的局部放电量的连续水平分别应不大于300pc和500pc，且不呈现持续增加的趋势，通过内同步和外同步设置，在局放仪的检测屏幕中开窗检查第一象限和第三象限的上升沿局放量，对偶然出现的较高幅值的脉冲以及明显的外部电晕脉冲进行滤除。
[0058]
s6拆线及恢复：对变频电源单元101充分放电，并挂好接地线，分别拆除励磁变压器1与电抗器本体3、励磁变压器1与变频柜21、变频柜21与移动电源车22、高压套管末屏51、中性点套管末屏41与局放仪、互感器7与控制箱之间的试验接线。高压套管末屏51、中性点套管末屏41的末屏盖、互感器7二次盖板的密封圈外观完好，正确嵌入密封凹槽内，拧紧高压套管末屏51、中性点套管末屏41的末屏盖的旋钮，恢复互感器7二次盖板的紧固螺丝。
[0059]
通过上述步骤，本实施例对于特高压并联电抗器单元102现场局部放电试验过程中利用电压互感器单元103、gis单元104作为补偿电容，利用gis单元104对地电容和电压互感器单元103对地电容与特高压并联电抗器单元102高抗的电感进行谐振，并提供了增减电压互感器单元103、gis单元104相数的试验频率调整方法。能够利用gis自身体积小、局放低的特点，就地取材地为特高压并联电抗器现场升压提供补偿，原有的跨接引线无需改动、回路整体的损耗大幅下降、安全情况明细改善。
[0060]
基于前述的实现步骤，本实施例提出一种特高压并联电抗器现场局部放电试验装置的应用方法，如图3所示，包括以下步骤：
[0061]
根据前述的步骤s1，执行以下步骤：
[0062]
计算试验参数，若试验参数不满足要求，调整电压互感器单元103和gis单元104的相数，直到试验参数满足要求；
[0063]
根据前述的步骤s5，执行以下步骤：
[0064]
在变频电源单元101设置试验电压，调节变频电源单元101的频率为谐振频率；
[0065]
调节变频电源单元101分段升压至试验电压，然后分段降压，在分段升压和分段降压的每一分段点观察特高压并联电抗器单元102的局部放电情况，所述分段升压和分段降压的分段点一一对应且电压相同，具体的，所述试验电压为952kv，在分段升压和分段降压的每一分段点观察特高压并联电抗器单元的局部放电情况具体包括：
[0066]
首先升压至254kv电压下维持10s并观察局部放电情况，继续升压至698kv下维持5min并观察局部放电情况，继续升压至825kv下维持5min并观察局部放电情况，然后升压至
952kv下，维持但不少于15s，并观察局部放电情况，f为谐振频率，随后不间断的降压至825kv下并观察局部放电情况，并至少保持60min，然后降压至698kv下维持5min并观察局部放电情况，进一步降压至254kv并观察局部放电情况；
[0067]
若分段升压和分段降压的目标分段点观察到特高压并联电抗器单元102的局部放电情况满足预设条件，则测试通过，具体的，所述目标分段点为825kv，所述预设条件为：特高压并联电抗器单元的高压套管末屏局部放电量的连续水平不大于300pc，且中性点套管末屏局部放电量的连续水平不大于500pc，且均不持续增加。
[0068]
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。