基于变频谐振原理的现场复杂环境安全距离评估方法与流程

本发明涉及输变电设备现场高压交流试验，尤其是涉及一种基于变频谐振原理的现场复杂环境高压试验安全距离评估方法。

背景技术：

1、高压输变电设备在设备投运前，一般都需要开展交流耐压试验，目的是考核输变电设备的主绝缘能力，确保设备在投入运行后不会因为绝缘问题发生故障。该试验电压比设备的额定工作电压更高，并持续一定的时间。目前，在高电压等级现场交流耐压试验中通常采用变频串联谐振试验装置。

2、在现场利用变频串联谐振试验装置开展高压交流试验时，有时候会遇到试验场地有限的情况，周围建筑物的墙壁、临时搭建的脚手架、已安装的金属构架等临近物体都会影响高压电场分布，进而影响高压试验的安全距离评估。另外在220kv、500kv户内或半户内变电站的主设备进行高压试验时，经常会遇到试验设备只能放置在户外，高压导线需要穿过门窗引入户内开展试验的情况。在现场遇到诸如此类复杂的试验环境时，必须提前评估高压试验安全距离。

3、在工程实际中，所遇到的电场绝大多数是极不均匀电场。在各种各样的极不均匀电场气隙中，棒-棒气隙具有完全的对称性，且在典型气隙模型中击穿电压最高，而棒-板间隙具有最大的不对称性，且在典型气隙模型中击穿电压最低。

4、大量实验来表明，当极间距离较大(长间隙)时，棒极端面的具体形状对气隙的击穿电压就没有明显的影响了。

5、大量的实验表明其他类型的极不均匀电场气隙的击穿特性均处于这两种极端情况的击穿特性之间，因而对于实际工程中遇到的各种极不均匀电场气隙来说，均可按其电极的对称程度分别选用棒-棒或棒-板这两种典型气隙的击穿特性曲线来估计其电气强度。例如在估算导线-导线气隙的击穿电压时可以参照棒-棒气隙的击穿特性，而在估算导线-大地气隙的击穿电压时应采用棒-板气隙的实验数据。

6、当现场高压试验遇到特别复杂的试验环境时，若试验场景与棒-棒气隙差异较大，考虑到必须保证试验安全，则应参照棒-板气隙的实验数据进行安全距离的评估。

7、有文献研究表明，利用串联谐振试验装置进行试验，在其他试验条件相同的条件下，随着谐振频率的变化，气隙击穿电压也会发生变化。

8、但是，目前使用变频串联谐振系统来进行不同频率下的空气间隙击穿的试验研究工作开展很少，因此目前采用串联谐振试验装置进行高压试验时，缺乏针对性的试验安全距离评估依据和方法。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种基于变频谐振原理的现场复杂环境安全距离评估方法，以便对现场高压交流试验的安全距离设定提供依据；若安全距离不足，则能提前采取相关提高绝缘裕度或者安全距离的措施，保证现场试验安全。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明给出了一种基于变频谐振原理的现场复杂环境安全距离评估方法，该方法包括：采用串联谐振试验原理搭建典型击穿试验系统，模拟变电设备在现场复杂环境下进行高压试验遇到的典型场景，然后通过高压击穿放电试验得到不同谐振频率、不同空气间隙条件下的击穿电压，然后根据高电压理论和概率分布原则，进行现场试验安全距离计算评估。

4、优选地，所述典型击穿试验系统包括变频柜、励磁变压器、电抗器组、分压器c1、补偿电容器c2、击穿间隙；所述变频柜的输出端连接至励磁变压器的输入端，所述励磁变压器的输出端连接至电抗器组的低压侧，所述电抗器组的高压侧连接至分压器c1、补偿电容器c2和击穿间隙的高压部分；通过励磁变压器激发串联谐振回路，调节变频器的输出频率f，使回路电感l和电容c串联谐振，谐振电压即为加到击穿间隙高压部分的电压。

5、优选地，所述击穿间隙包括棒-板模型和门-线模型。

6、优选地，所述棒-板模型对应的典型击穿试验系统搭建方法具体为：

7、串联谐振设备之间的高压引线采用较大外径的扩径导线；高电位棒电极从高空悬垂，长度约为最大击穿距离的2倍及以上，电极上部为较大外径的扩径导线，电极下部为较小外径的扩径导线，端部为圆弧形铜球；地电位板电极设置在地面上，形状为正方形，边长约为最大击穿距离的2倍及以上，并通过接地线连接地网。

8、所述门-线模型对应的典型击穿试验系统搭建方法具体为：

9、串联谐振设备之间的高压引线采用较大外径的扩径导线；高电位线电极为一根较小外径的扩径导线，水平拉伸在空中，总长度约为最大击穿距离的4倍及以上；地电位门电极由较小外径的扩径导线组成正方形的“门”形，门电极下边缘处于地面，并连接地网；线电极从门电极中心穿过，且处于门电极两侧的扩径导线长度相当。

10、优选地，所述通过高压击穿放电试验得到不同谐振频率、不同空气间隙条件下的击穿电压，具体为：

11、1)不接入补偿电容器进行试验，在谐振频率f1条件下，调整放电间隙长度l试验，依次在不同间隙下进行试验，记录击穿放电电压u试验；

12、2)接入不同电容值的补偿电容器进行试验，在谐振频率fc条件下，调整放电间隙长度l试验，依次在不同间隙下进行试验，记录击穿放电电压u试验；

13、其中，不同谐振频率条件下的试验装置、临近设备布置等试验条件均保持一致。

14、优选地，所述制定现场试验安全距离计算评估方法，具体为：

15、根据谐振频率f、试验击穿电压u试验以及对应的间隙l试验进行非线性拟合，得到统一的拟合曲线。

16、定义安全系数a(即间隙距离l增大的系数)。根据高压交流试验击穿电压呈正态分布和标准差取3％的原则进行安全距离评估。

17、对于棒-板模型，安全系数为a的安全距离l安全的计算公式为：

18、

19、其中，l安全为安全距离；u试验为试验电压，适用范围300kv～800kv，f为试验频率,适用范围50～250hz；a为安全系数。

20、安全系数a与概率区间、击穿概率之间的对应关系：

21、 安全系数a 3％ 4％ 5％ 6％ 7％ 8％ 9％ 10％ 11％ 12％ 概率区间 σ 4σ/3 5σ/3 2σ 7/3 8σ/3 3σ 10σ/3 11σ/3 4σ 击穿概率(％) 15.9 9.12 4.78 2.28 0.982 0.383 0.135 4.29e-02 1.23e-02 3.17e-03

22、比如安全系数a取9％时，对应正态分布的击穿概率区间为(0，μ-3σ)，对应的击穿概率为0.135％。

23、对于门-线模型，相同试验电压下的安全试验距离在上述棒-板模型的评估结果基础上减少5％的距离。

24、现场试验时，可以提前根据需要施加的试验电压u试验，串联谐振试验系统的谐振频率f，以及要求的安全系数a，计算得到需要的安全距离l安全。其中，安全系数a取9％时可以满足绝大部分试验场景，对应的理论击穿概率为千分之一级别；对试验安全性要求极高的试验场景，安全系数a可取12％，对应的理论击穿概率为万分之一级别。

25、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

26、1)本发明利用串联谐振试验装置搭建了棒-板模型和门-线模型，研究了不同谐振频率下的放电击穿现象，得到了不同频率、不同间隙下的空气击穿特性，得到了复杂现场试验场景下安全距离计算评估方法，为现场高压试验安全顺利进行提供技术指导。

27、2)利用本发明的高压交流试验安全距离评估方法，可以提前计算现场试验需要的安全距离，以及不同的安全距离对应的击穿概率；若安全距离不足，可以提前采取相关提高绝缘裕度或者安全距离的措施，保证现场试验安全进行，指导变电站工程设计及现场高压试验，具有良好的社会、经济效益。